JP2021507447A - Anion exchange membrane for redox flow batteries - Google Patents

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Abstract

少なくとも1つの再充電可能セルを有するフロー電池を開示する。少なくとも1つの再充電可能セルはアノード液隔室、カソード液隔室、及びアノード液隔室とカソード液隔室との間に位置決めした陰イオン交換膜を備えることができる。陰イオン交換膜は、100μm未満の厚さと、及び再充電可能セルの電解質における陽イオン種に対して0.4ppm/時/cm2未満の定常拡散率とを有することができる。フロー電池の使用を容易にする方法であって、陰イオン交換膜を準備するステップを備える方法も開示する。電荷貯蔵を容易にする方法であって、フロー電池を準備するステップを備える方法も開示する。陰イオン交換膜を生産する方法も開示する。【選択図】図1A flow battery having at least one rechargeable cell is disclosed. At least one rechargeable cell can include an anodic fluid compartment, a cathode fluid compartment, and an anion exchange membrane positioned between the anodic fluid compartment and the cathodic fluid compartment. The anion exchange membrane can have a thickness of less than 100 μm and a steady diffusion rate of less than 0.4 ppm / hour / cm2 with respect to the cation species in the electrolyte of the rechargeable cell. A method for facilitating the use of a flow battery, which comprises a step of preparing an anion exchange membrane, is also disclosed. Also disclosed is a method of facilitating charge storage, comprising the step of preparing a flow battery. A method for producing an anion exchange membrane is also disclosed. [Selection diagram] Fig. 1

Description

関連出願の相互参照
本出願は、「レドックスフロー電池用途のための陰イオン交換膜合成(Synthesis of an Anion Ion Exchange Membrane for a Redox Flow Battery Application)」と題する2017年12月13日出願の米国仮出願第62/598,135号、及び「レドックスフロー電池用途のための陰イオン交換膜調整(Tailoring Anion Ion Exchange Membranes for the Application of Redox Flow Batteries)」と題する2018年2月2日出願の米国仮出願第62/625,368号に対する米国特許法第119条(e) の優先権を主張し、これら米国仮出願の各々は、参照により全体が本明細書に組み入れられるものとする。
Mutual reference to related applications This application is a US provisional application filed on December 13, 2017, entitled "Synthesis of an Anion Ion Exchange Membrane for a Redox Flow Battery Application". US provisional application No. 62 / 598,135 and February 2, 2018, entitled "Tailoring Anion Ion Exchange Membranes for the Application of Redox Flow Batteries". Claiming the priority of Section 119 (e) of the US Patent Act over Application No. 62 / 625,368, each of these US provisional applications shall be incorporated herein by reference in its entirety.

本明細書記載の態様及び実施形態は、概して、レドックスフロー電池、より具体的には、レドックスフロー電池に使用するための陰(アニオン)イオン交換膜を企図する。 The embodiments and embodiments described herein generally contemplate an anion ion exchange membrane for use in redox flow batteries, more specifically redox flow batteries.

フロー電池は電気化学セル(電池)の分類にある。一般的なフロー電池において、化学エネルギーは、それぞれに対応するチャンバ内に収容され、またイオン交換膜によって分離される2つの液体電解質によって供給され得る。電流のフロー及び対応するイオン交換は、双方の液体電解質がそれらのチャンバを循環する間にイオン交換膜を通して生ずることができる。一般的には、フロー電池のエネルギー容量は液体電解質の量の関数であり、また電力は電極の表面積の関数である。 Flow batteries are in the category of electrochemical cells (batteries). In a typical flow battery, chemical energy can be housed in the corresponding chambers and supplied by two liquid electrolytes separated by an ion exchange membrane. Current flow and corresponding ion exchange can occur through the ion exchange membrane while both liquid electrolytes circulate in their chambers. In general, the energy capacity of a flow battery is a function of the amount of liquid electrolyte, and power is a function of the surface area of the electrodes.

フロー電池は2つのモードで動作することができる。第1モードにおいては、燃料電池と同様に、使用済み電解質は抽出され、また新たな電解質がシステムに追加される。使用済み電解質は更なる使用のために化学プロセスにより再生することができる。第2モードにおいては、再充電可能バッテリーと同様に、電解質再生のために電源をフロー電池に接続することができる。 The flow battery can operate in two modes. In the first mode, as in the fuel cell, the used electrolyte is extracted and new electrolyte is added to the system. The used electrolyte can be regenerated by a chemical process for further use. In the second mode, a power source can be connected to the flow battery for electrolyte regeneration, similar to the rechargeable battery.

第1態様によりフロー電池を提供する。フロー電池は少なくとも1つの再充電可能セルを備えることができる。幾つかの実施形態において、フロー電池は、例えば、ハウジング内の複数の再充電可能セルを備えることができる。再充電可能セルは、概して、アノード液隔室、カソード液隔室、及びアノード液隔室とカソード液隔室との間に位置決めしたイオン交換膜を有する。追加の電解液は、外部で、例えばタンク内に貯蔵することができる。この追加電解液は、再充電可能セルのアノード液隔室又はカソード液隔室経由でポンプ送給することができる。幾つかの実施形態において、追加電解液は重力送給システムを介して移動させることができる。 The flow battery is provided according to the first aspect. The flow battery can include at least one rechargeable cell. In some embodiments, the flow battery can include, for example, a plurality of rechargeable cells in a housing. Rechargeable cells generally have an anodic fluid compartment, a cathode fluid compartment, and an ion exchange membrane positioned between the anodic fluid compartment and the cathodic fluid compartment. The additional electrolyte can be stored externally, for example in a tank. This additional electrolyte can be pumped via the anodic or cathodic compartment of the rechargeable cell. In some embodiments, the additional electrolyte can be moved via a gravity feeding system.

一態様によれば、フロー電池を提供する。前記フロー電池は少なくとも1つの再充電可能セルを備えることができる。前記少なくとも1つの再充電可能セルは、アノード液隔室と、カソード液隔室と、及び前記アノード液隔室と前記カソード液隔室との間に位置決めされた陰イオン交換膜とを有することができる。前記アノード液隔室は、第1陽イオン種を有する第1電解液を保持するよう構成され得る。前記カソード液隔室は、第2陽イオン種を有する第2電解液を保持するよう構成され得る。前記陰イオン交換膜は、前記第1電解液と前記第2電解液との間でイオン伝導性を示すよう構成され得る。前記陰イオン交換膜は、100μm未満の厚さ、及び前記第1陽イオン種及び前記第2陽イオン種のうち少なくとも一方に対して0.4ppm/時/cm未満の定常拡散率を有することができる。 According to one aspect, a flow battery is provided. The flow battery can include at least one rechargeable cell. The at least one rechargeable cell may have an anodic fluid compartment, a cathode fluid compartment, and an anion exchange membrane positioned between the anodic fluid compartment and the cathodic fluid compartment. it can. The anode fluid compartment may be configured to hold a first electrolyte having a first cation species. The cathode fluid compartment may be configured to hold a second electrolyte having a second cation species. The anion exchange membrane may be configured to exhibit ionic conductivity between the first electrolytic solution and the second electrolytic solution. The anion exchange membrane shall have a thickness of less than 100 μm and a steady diffusion rate of less than 0.4 ppm / hour / cm 2 with respect to at least one of the first cation species and the second cation species. Can be done.

幾つかの実施形態において、前記第1陽イオン種及び前記第2陽イオン種のうち少なくとも一方は、金属イオンとすることができる。前記第1陽イオン種及び前記第2陽イオン種のうち少なくとも一方は、亜鉛、銅、セリウム、及びバナジウムから選択することができる。 In some embodiments, at least one of the first cation species and the second cation species can be a metal ion. At least one of the first cation species and the second cation species can be selected from zinc, copper, cerium, and vanadium.

前記陰イオン交換膜は、内部電位低下が少なくとも約2.5Vであるときに決定される、少なくとも約12週間の有用寿命を有することができる。 The anion exchange membrane can have a useful life of at least about 12 weeks, which is determined when the internal potential drop is at least about 2.5 V.

前記陰イオン交換膜は、少なくとも約55μm未満の厚さを有することができる。幾つかの実施形態において、前記陰イオン交換膜は、少なくとも約15μm〜約35μmの間における厚さを有することができる。例えば、前記陰イオン交換膜は、約25μmの厚さを有することができる。 The anion exchange membrane can have a thickness of at least less than about 55 μm. In some embodiments, the anion exchange membrane can have a thickness between at least about 15 μm and about 35 μm. For example, the anion exchange membrane can have a thickness of about 25 μm.

幾つかの実施形態において、前記陰イオン交換膜は、前記第1陽イオン種及び前記第2陽イオン種のうち少なくとも一方に対して0.12ppm/時/cm未満の定常拡散率を有することができる。 In some embodiments, the anion exchange membrane has a steady diffusion rate of less than 0.12 ppm / hour / cm 2 with respect to at least one of the first cation species and the second cation species. Can be done.

前記陰イオン交換膜は、25℃における0.5MのNaCl溶液に平衡状態を生じた後に直流電流で測定したとき、約3.0Ω・cm〜約10.0Ω・cmの間における抵抗を有することができる。前記陰イオン交換膜は、25℃における0.5MのNaCl溶液に平衡状態を生じた後に直流電流で測定したとき、約5.0Ω・cm〜約8.0Ω・cmの間における抵抗を有することができる。幾つかの実施形態において、前記陰イオン交換膜は、少なくとも1つの非レドックス種に対して少なくとも約0.95の共イオン輸率を有することができる。 The anion-exchange membrane, when measured at direct current after yielded equilibrium 0.5M NaCl solution at 25 ° C., the resistance between about 3.0Ω · cm 2 ~ about 10.0Ω · cm 2 Can have. The anion-exchange membrane, when measured at direct current after yielded equilibrium 0.5M NaCl solution at 25 ° C., the resistance between about 5.0 ohm · cm 2 ~ about 8.0Ω · cm 2 Can have. In some embodiments, the anion exchange membrane can have a coion transport rate of at least about 0.95 for at least one non-redox species.

前記フロー電池は、高電圧直流電流(HVDC)送電ラインと共存可能であり、また約1000V〜約800KVの間における電圧を供給できるよう構成され得る。 The flow battery can coexist with a high voltage direct current (HVDC) transmission line and can be configured to supply a voltage between about 1000V and about 800KV.

前記フロー電池は、自動車と共存可能であり、また約100V〜約500Vの間における電圧を供給できるよう構成され得る。 The flow battery can coexist with an automobile and can be configured to supply a voltage between about 100V and about 500V.

他の態様によれば、フロー電池の使用を容易にする方法を提供する。この本発明方法は、少なくとも1つの陰イオン交換膜を準備するステップと、及び各陰イオン交換膜を前記フロー電池の再充電可能セル内に設置するよう指示出しをするステップとを備えることができる。前記陰イオン交換膜は、100μm未満の厚さ、並びに第1金属陽イオン種及び第2金属陽イオン種のうち少なくとも一方に対して0.4ppm/時/cm未満の定常拡散率を有することができる。各陰イオン交換膜は、アノード液隔室とカソード液隔室との間に設置することができる。 According to another aspect, a method for facilitating the use of the flow battery is provided. The method of the present invention can include a step of preparing at least one anion exchange membrane and a step of instructing each anion exchange membrane to be installed in the rechargeable cell of the flow battery. .. The anion exchange membrane has a thickness of less than 100 μm and a steady diffusion rate of less than 0.4 ppm / hour / cm 2 with respect to at least one of the first metal cation species and the second metal cation species. Can be done. Each anion exchange membrane can be installed between the anode fluid compartment and the cathode fluid compartment.

若干の実施形態によれば、前記陰イオン交換膜を準備するステップは、約15μm〜約35μmの間における厚さを有する陰イオン交換膜を準備するステップを含むことができる。 According to some embodiments, the step of preparing the anion exchange membrane can include the step of preparing an anion exchange membrane having a thickness between about 15 μm and about 35 μm.

若干の実施形態によれば、前記陰イオン交換膜を準備するステップは、前記第1金属陽イオン種及び前記第2金属陽イオン種のうち少なくとも一方に対して0.12ppm/時/cm未満の定常拡散率を有し、前記第1金属陽イオン種及び前記第2金属陽イオン種は、互いに独立的に、亜鉛、銅、セリウム、及びバナジウムから選択されるものである陰イオン交換膜を準備するステップを含むことができる。 According to some embodiments, the step of preparing the anion exchange membrane is less than 0.12 ppm / hour / cm 2 for at least one of the first metal cation species and the second metal cation species. The first metal cation species and the second metal cation species have an anion exchange membrane that is independently selected from zinc, copper, cerium, and vanadium. It can include steps to prepare.

本発明方法は、さらに、前記フロー電池を充電し、かつ前記フロー電池を連続的に動作させるよう指示出しをするステップを備えることができる。 The method of the present invention can further include a step of charging the flow battery and instructing the flow battery to operate continuously.

他の態様によれば、電荷の貯蔵を容易にする方法を提供する。本発明方法は、フロー電池を準備するステップと、及び前記フロー電池を充電するよう指示出しをするステップとを備えることができる。前記フロー電池は複数の再充電可能セルを有することができる。各再充電可能セルは、アノード液隔室、カソード液隔室、及び前記アノード液隔室と前記カソード液隔室との間に位置決めされる陰イオン交換膜を有することができる。前記アノード液隔室は、第1陽イオン種を有する第1電解液を保持するよう構成され得る。前記カソード液隔室は、第2陽イオン種を有する第2電解液を保持するよう構成され得る。前記陰イオン交換膜は、前記第1電解液と前記第2電解液との間でイオン伝導性を示すよう構成され得る。前記陰イオン交換膜は、100μm未満の厚さ、及び前記第1陽イオン種及び前記第2陽イオン種のうち少なくとも一方に対して0.4ppm/時/cm未満の定常拡散率を有することができる。 According to another aspect, a method for facilitating charge storage is provided. The method of the present invention can include a step of preparing a flow battery and a step of instructing the flow battery to be charged. The flow battery can have a plurality of rechargeable cells. Each rechargeable cell can have an anode fluid compartment, a cathode fluid compartment, and an anion exchange membrane positioned between the anode fluid compartment and the cathode fluid compartment. The anode fluid compartment may be configured to hold a first electrolyte having a first cation species. The cathode fluid compartment may be configured to hold a second electrolyte having a second cation species. The anion exchange membrane may be configured to exhibit ionic conductivity between the first electrolytic solution and the second electrolytic solution. The anion exchange membrane shall have a thickness of less than 100 μm and a steady diffusion rate of less than 0.4 ppm / hour / cm 2 with respect to at least one of the first cation species and the second cation species. Can be done.

本発明方法は、さらに、前記フロー電池を可変エネルギー源に電気的に接続することによって前記フロー電池を充電するよう指示出しをするステップを備えることができる。 The method of the present invention can further include a step of instructing the flow battery to be charged by electrically connecting the flow battery to a variable energy source.

本発明方法は、さらに、前記フロー電池を高電圧電流(HVDC)送電ラインに電気的に接続するよう指示出しをするステップを備えることができる。 The method of the present invention can further include a step of instructing the flow battery to be electrically connected to a high voltage current (HVDC) transmission line.

幾つかの実施形態において、本発明方法は、さらに、前記フロー電池の放電後に、前記第1電解液及び前記第2電解液のうち少なくとも一方を交換するよう指示出しをするステップを備えることができる。 In some embodiments, the method of the present invention may further comprise a step of instructing the flow battery to replace at least one of the first electrolyte and the second electrolyte after the flow battery has been discharged. ..

他の態様によれば、陰イオン交換膜を生産する方法を提供する。この本発明方法は、架橋基を有する陽イオン官能性モノマーを重合生成物に一体化するステップと、及び約100μm未満の厚さを有する微細孔質基板を前記重合生成物でコーティングするステップとを備える。幾つかの実施形態において、前記重合生成物は架橋剤がほぼないものとすることができる。 According to another aspect, a method for producing an anion exchange membrane is provided. The method of the present invention comprises a step of integrating a cationic functional monomer having a crosslinking group into a polymerization product and a step of coating a microporous substrate having a thickness of less than about 100 μm with the polymerization product. Be prepared. In some embodiments, the polymerization product can be largely free of cross-linking agents.

若干の実施形態によれば、前記微細孔質基板は、約25μmの厚さを有することができる。前記微細孔質基板は、ポリプロピレン、高分子量ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、塩化ポリビニル、フッ化ポリビニリデン、ポリスルホン、及びそれらの組合せのうち少なくとも1つを有することができる。前記微細孔質基板は、約25%〜45%の間における空隙率、及び約50nm〜約10μmの間における平均細孔径を有することができる。前記微細孔質基板は、約35%の空隙率及び約200nmの平均細孔径を有する超高分子量ポリエチレンからなるものとすることができる。 According to some embodiments, the microporous substrate can have a thickness of about 25 μm. The microporous substrate can have at least one of polypropylene, high molecular weight polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polysulfone, and combinations thereof. The microporous substrate can have a porosity between about 25% and 45% and an average pore diameter between about 50 nm and about 10 μm. The microporous substrate can be made of ultra-high molecular weight polyethylene having a porosity of about 35% and an average pore diameter of about 200 nm.

本開示は、上述した態様及び/又は実施形態の任意な1つ又はそれ以上のうちすべての組合せ、並びに詳細な説明及び任意な実施例に記載する実施形態のうち任意な1つ又はそれ以上との組合せを想定する。 The present disclosure includes all combinations of any one or more of the embodiments and / or embodiments described above, as well as any one or more of the embodiments described in the detailed description and optional examples. Assuming a combination of.

添付図面は縮尺どおりに描くことを意図していない。図面において、種々の図に示される各同一又はほぼ同一のコンポーネントは類似参照符号で示す。分かり易くするため、すべての図面ですべてのコンポーネントに参照符号を付していないことがあり得る。 The attached drawings are not intended to be drawn to scale. In the drawings, the same or nearly identical components shown in the various figures are designated by similar reference numerals. For clarity, not all components may be referenced in all drawings.

一実施形態による再充電可能フローセルの概略図である。It is the schematic of the rechargeable flow cell by one Embodiment. 一実施形態によるフロー電池の概略図である。It is the schematic of the flow battery by one Embodiment. 一実施形態による亜鉛-銅レドックスフロー電池の概略図である。It is the schematic of the zinc-copper redox flow battery by one Embodiment. 一実施形態による薄膜生産ラインの概略図である。It is the schematic of the thin film production line by one Embodiment. 一実施形態による幾つかのサンプルイオン交換膜の時間に対する銅拡散グラフである。It is a copper diffusion graph with respect to the time of some sample ion exchange membranes by one embodiment.

図1は例示的再充電可能フローセルの概略図である。この例示的再充電可能フローセル100は、アノード液隔室120及びカソード液隔室122を有することができる。アノード液隔室120及びカソード液隔室122は、イオン交換膜110によって分離することができる。矢印はフローセル100を経由する電解液フローの方向を示す。フローセル100は、さらに、電極160、162を有することができる。幾つかの実施形態において、フローセル100は、隣接するアノード液隔室120とカソード液隔室122との間に位置決めされるバイポーラ電極を有することができる。 FIG. 1 is a schematic view of an exemplary rechargeable flow cell. This exemplary rechargeable flow cell 100 can have an anode fluid compartment 120 and a cathode fluid compartment 122. The anode fluid compartment 120 and the cathode fluid compartment 122 can be separated by an ion exchange membrane 110. The arrow indicates the direction of the electrolyte flow through the flow cell 100. The flow cell 100 can further have electrodes 160, 162. In some embodiments, the flow cell 100 can have a bipolar electrode that is positioned between the adjacent anode fluid compartment 120 and the cathode fluid compartment 122.

図2は、再充電可能フローセル100を備える例示的フロー電池150の概略図である。図2には再充電可能フローセル100を1個のみ示すが、概して、複数フローセル100をフロー電池150内に設けることができると理解されたい。フローセル100のアノード液隔室120及びカソード液隔室122は、外部のアノード液タンク130及びカソード液タンク132にそれぞれ流体的に接続することができる。フロー電池150は、電解液を循環させるポンプ140、142を備えることができる。フロー電池150は、充電源152に電気的に接続することができる。 FIG. 2 is a schematic view of an exemplary flow battery 150 including a rechargeable flow cell 100. Although FIG. 2 shows only one rechargeable flow cell 100, it should be understood that, in general, multiple flow cells 100 can be provided within the flow battery 150. The anode liquid compartment 120 and the cathode liquid compartment 122 of the flow cell 100 can be fluidly connected to the external anode liquid tank 130 and the cathode liquid tank 132, respectively. The flow battery 150 can include pumps 140 and 142 for circulating the electrolytic solution. The flow battery 150 can be electrically connected to the charging source 152.

レドックスフロー電池(RFB)は、実際上水性であることがよくある2つの異なる電解液にエネルギーを貯蔵することによって動作する。貯蔵されるエネルギー量は、2つの電解液の量に依存し得る。RFBは、電解液量を選択することによって比エネルギー量を貯蔵するよう設計することができる。このような技術は、間欠的に動作する再生可能なソースからのエネルギーを貯蔵するのに有用であり得る。RFBにおける他の可能な用途は電気車両での使用である。それらの使用は電池動作車両の1つの欠点−電池を再充電するのにかかる時間−を解決することであり、この解決は、再充電の代わりに、使用済み電解液の迅速交換を可能にすることによって行うことができる。 Redox flow batteries (RFBs) operate by storing energy in two different electrolytes, which are often practically aqueous. The amount of energy stored can depend on the amount of the two electrolytes. The RFB can be designed to store the amount of specific energy by selecting the amount of electrolyte. Such techniques can be useful for storing energy from renewable sources that operate intermittently. Another possible use in the RFB is for use in electric vehicles. Their use is to solve one drawback of battery-powered vehicles-the time it takes to recharge the battery-which allows for quick replacement of used electrolytes instead of recharging. Can be done by

代表的再充電プロセスは電池を満充電(フルチャージ)するのに数時間必要とする場合があり得る。RFBでは電解液は車両から迅速に交換することができる。放電した電解液は排除しかつ満充電させた電解液と交換することができる。さらには、電解液はしばしば液体形態であるため、伝統的ガソリン作動車両の燃料補給するに必要な時間量と同一時間でRFB車両を「燃料補給」することが可能であり得る。電解液を排除及び交換した後、放電した電解液は、後の時間に車両外部で再使用のために再充電又は再生することができる。 A typical recharging process may require several hours to fully charge the battery. In RFB, the electrolyte can be quickly replaced from the vehicle. The discharged electrolyte can be eliminated and replaced with a fully charged electrolyte. Moreover, because the electrolyte is often in liquid form, it may be possible to "refuel" the RFB vehicle in the same amount of time required to refuel the traditional gasoline-powered vehicle. After removing and replacing the electrolyte, the discharged electrolyte can be recharged or regenerated for reuse outside the vehicle at a later time.

上述したいずれのRFB用途においても、イオン交換膜は電気化学セルに必要であり得る。若干のRFB用途において必要であり得る。本明細書記載の陰イオン交換膜はRFB用途に十分適しているが、RFB技術の特定なタイプ又は用途に限定するものではない。 For any of the RFB applications described above, ion exchange membranes may be required for electrochemical cells. May be required in some RFB applications. The anion exchange membranes described herein are well suited for RFB applications, but are not limited to a particular type or application of RFB technology.

RFBはセルを充電及び放電するために酸化-還元反応を適用する。RFBは、一般的には、フロー電池の充電及び放電サイクル中に個別電極隔室内において「ロッキングチェア」として機能するレドックス対(還元剤及び酸化剤)で動作する。イオン交換膜は、アノード液とカソード液とを分離するよう位置決めすることができる。イオン交換膜は、酸化剤と還元剤との間の化学反応によるエネルギー放出を防止して、確実に電気エネルギーが外部負荷に送給されるように選択することができる。例示的RFBは亜鉛及びセリウムを採用する。充電及び放電の電気化学反応の実施例は、次式、すなわち、

充 電
アノード反応 Zn2+ +2e ←→Zn E=−0.763V

放 電
カソード反応 2Ce4++2e ←→2Ce3+=−1.44V

で示される。
The RFB applies a redox reaction to charge and discharge the cell. The RFB generally operates with a redox pair (reducing agent and oxidant) that acts as a "rocking chair" in the individual electrode compartment during the charge and discharge cycles of the flow battery. The ion exchange membrane can be positioned to separate the anode solution and the cathode solution. The ion exchange membrane can be selected to prevent energy release due to a chemical reaction between the oxidizing agent and the reducing agent to ensure that electrical energy is delivered to an external load. An exemplary RFB employs zinc and cerium. Examples of charge and discharge electrochemical reactions are described in the following equation:

Charging anode reaction Zn 2+ + 2e ← → Zn E 0 = -0.763V

Discharge cathode reaction 2Ce 4+ + 2e ← → 2Ce 3+ E 0 = -1.44V

Indicated by.

この例示的RFBにおいて、電池の総電位は2.203ボルトである。このようなRFBは、亜鉛イオン(Zn2+)を有するアノード液と、及びセリウムイオン(Ce4+)を有するカソード液とを含む。 In this exemplary RFB, the total potential of the battery is 2.203 volts. Such RFBs include an anodic solution having zinc ions (Zn 2+ ) and a cathode solution having cerium ions (Ce 4+ ).

充電及び放電の電気化学反応の他の実施例は、次式、すなわち、

放 電
カソード反応 Zn2++2e ←→Zn E=−0.763V

充 電
アノード反応 Cu2++2e ←→Cu E=−0.340V

で示される。
Other examples of charge and discharge electrochemical reactions include the following equations:

Discharge cathode reaction Zn 2+ + 2e ← → Zn E 0 = -0.763V

Charging anode reaction Cu 2+ + 2e ← → Cu E 0 = -0.340V

Indicated by.

この例示的RFBにおいて、電池の総電位は1.103ボルトである。このようなRFBは、亜鉛イオン(Zn2+)を有するカソード液と、及び銅イオン(Cu2+)を有するアノード液とを含む。図3は充電動作条件下における亜鉛-銅RFBの概略図である。この例示的RFBは、DC充電源によって充電し、またZnカソード液外部タンク及び銅アノード液外部タンクを含む。これらタンクは陰イオン交換膜の互いに対向する側に位置決めされるそれぞれ対応の隔室に流体的に接続する。 In this exemplary RFB, the total potential of the battery is 1.103 volts. Such RFB comprises a catholyte having a zinc ion (Zn 2+), and an anolyte having a copper ion (Cu 2+). FIG. 3 is a schematic view of zinc-copper RFB under charging operating conditions. This exemplary RFB is charged by a DC charging source and also includes a Zn cathode fluid external tank and a copper anode fluid external tank. These tanks are fluidly connected to corresponding compartments located on opposite sides of the anion exchange membrane.

若干の実施形態によれば、本明細書記載の再充電可能セルは、第1及び第2の電解液を含むことができる。第1及び第2の電解液各々は陽イオン(カチオン)を備えることができる。陽イオンは、概して、フローセル内における電極反応に必要なレドックス種に言及し得る。各電解液は、レドックス種並びに非レドックス種を含むことができる。したがって、アノード液隔室は第1陽イオン種を有する第1電解液を保持するよう構成することができ、またカソード液隔室は第2陽イオン種を有する第2電解液を保持するよう構成することができる。幾つかの実施形態においては、陽イオン種の少なくとも一方は金属イオンである。例えば、陽イオン種の少なくとも一方は亜鉛、銅、セリウム、及びバナジウムから選択することができる。 According to some embodiments, the rechargeable cells described herein can include first and second electrolytes. Each of the first and second electrolytic solutions can be provided with a cation. Cations can generally refer to the redox species required for electrode reactions within the flow cell. Each electrolyte can include redox and non-redox species. Therefore, the anode fluid compartment can be configured to hold the first electrolyte having the first cation species, and the cathode fluid compartment can be configured to hold the second electrolyte having the second cation species. can do. In some embodiments, at least one of the cationic species is a metal ion. For example, at least one of the cationic species can be selected from zinc, copper, cerium, and vanadium.

陽イオン種は同一又は異なる種類とすることができる。若干の非限定的である例示実施形態においては、再充電可能セルは、亜鉛-セリウム、亜鉛-銅、亜鉛-亜鉛、又はバナジウム-バナジウムを含むことができる。アノード液及びカソード液に同一陰イオン種を採用する場合、陰イオン種は、異なるイオン状態を有することができる。例えば、亜鉛フロー電池はZn又はZn2を含むことができる。バナジウムフロー電池はV2+、V3+、V4+、及び/又はV5+を含むことができる。採用され得る他の陰イオンとしては、臭素、ニッケル、鉄、及びシアン化物(例えば、フェリシアン化物)がある。 The cation species can be the same or different species. In some non-limiting exemplary embodiments, the rechargeable cell can include zinc-cerium, zinc-copper, zinc-zinc, or vanadium-vanadium. When the same anionic species is adopted for the anode solution and the cathode solution, the anionic species can have different ionic states. For example, zinc flow battery may include a Zn 0 or Zn @ 2 +. Vanadium flow batteries can include V 2+ , V 3+ , V 4+ , and / or V 5+ . Other anions that can be employed include bromine, nickel, iron, and cyanides (eg, ferricyanides).

上述した例示的亜鉛-セリウムRFBは、概して、放電中に陰イオンをアノード液隔室からカソード液隔室に移動させることを可能にし、また充電中に陰イオンをカソード液隔室からアノード液隔室に移動させることを可能にする陰イオン交換膜を有することができる。若干の実施形態によれば、本明細書に記載される再充電可能セルは、アノード液隔室とカソード液隔室との間に位置決めされる陰イオン交換膜を有することができる。この陰イオン交換膜は電解液間でイオン伝導性を有することができる。概して、陰イオン交換膜は、電極反応に関与しないイオン間でイオン伝導性を有することができる。 The exemplary zinc-cerium RFBs described above generally allow anions to move from the anodic compartment to the anodic compartment during discharge and also allow anions to move from the anodic compartment to the anodic compartment during charging. It can have an anion exchange membrane that allows it to be moved into the chamber. According to some embodiments, the rechargeable cells described herein can have an anion exchange membrane positioned between the anodic and cathodic compartments. This anion exchange membrane can have ionic conductivity between the electrolytes. In general, anion exchange membranes can have ionic conductivity between ions that are not involved in the electrode reaction.

陰イオン交換膜は、概して、電位差下で陰イオンを輸送することができる。陰イオン交換膜は、固定的な正電荷及び可動的な陰イオンを有することができる。イオン交換膜特性は、交換膜内における固定的イオン基の量、タイプ、及び分布によって制御することができる。例えば、第4級及び第3級のアミン官能基は、強い及び弱い塩基性の陰イオン交換膜において固定的正荷電基を生じ得る。バイポーラ薄膜は、時々薄い第3中性層を介在させて、互いにラミネート又は結合させた陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を有することができる。 Anion exchange membranes are generally capable of transporting anions under potential differences. The anion exchange membrane can have a fixed positive charge and a movable anion. Ion exchange membrane properties can be controlled by the amount, type, and distribution of fixed ionic groups within the exchange membrane. For example, quaternary and tertiary amine functional groups can give rise to fixed positively charged groups in strong and weak basic anion exchange membranes. Bipolar thin films can have cation exchange membranes and anion exchange membranes laminated or bonded to each other, sometimes with a thin third neutral layer interposed therebetween.

ポリマー電解質膜(PEM)は、電解質として、またアノード液及びカソード液のセパレータとして機能できるイオン交換膜である。陰イオンPEMは、PEMを作成するポリマーに付着した又はポリマーの一部としての正荷電基、例えばスルホン酸基及び/又はアミン基を含むことができる。使用にあたり、プロトン、すなわち陽イオンは、一般的には、膜に固定した1つの正の電荷から、膜を透過する他の電荷に転移することによって膜を移動することができる。 A polymer electrolyte membrane (PEM) is an ion exchange membrane that can function as an electrolyte and as a separator between an anode solution and a cathode solution. Anionic PEMs can include positively charged groups, such as sulfonic acid groups and / or amine groups, that are attached to or as part of the polymer that makes up the PEM. In use, protons, or cations, can generally move through a membrane by transferring from one positive charge fixed to the membrane to another charge that permeates the membrane.

膜を選択するとき、パラメータとしては、一般的には適正な化学的、熱的、電気化学的、及び機械的な安定性がある。膨らんだとき及び機械的応力の下における適正な機械的安定性及び強度も考慮することができる。他のパラメータとしては、低抵抗、低い又は好適には全くない電解質種の輸送性、及び低コストがあり得る。イオン交換膜の進展としては、競合効果を克服するこれら特性の幾つか又はすべてのバランス取りがあり得る。イオン交換膜は以下を含む若干の特性に合致するよう選択することができ、すなわち、(1) 動作中の電位降下を減少しまたエネルギー効率を増大するための低い電気抵抗、(2) 高い共イオン輸率、(3) 0〜14にわたる任意なpH及び酸化化学物質に耐える能力を含めて高い化学的安定性、(4) モジュール又は他の処理デバイスを製造する間に取り扱われる応力に耐える高い機械的強度、及び(5) 動作における良好な寸法安定性、例えば、接触流体が濃度又は温度を変化するときの膨張又は収縮に対する適正な抵抗性があるものを選択することができる。 When selecting a membrane, the parameters generally include good chemical, thermal, electrochemical, and mechanical stability. Proper mechanical stability and strength when inflated and under mechanical stress can also be considered. Other parameters may include low resistance, low or unsuitable transportability of electrolyte species, and low cost. The evolution of ion exchange membranes can be a balance of some or all of these properties that overcome competitive effects. The ion exchange membrane can be selected to meet some properties, including: (1) low electrical resistance to reduce potential drop during operation and increase energy efficiency, (2) high co-operation. Ion transport number, (3) high chemical stability including the ability to withstand arbitrary pH and oxidative chemicals ranging from 0 to 14, (4) high withstand the stresses handled during the manufacture of modules or other processing devices. Mechanical strength and (5) good dimensional stability in operation, eg, one with adequate resistance to expansion or contraction when the contact fluid changes concentration or temperature can be selected.

若干の非限定的実施形態によれば、RFB用の陰イオン交換膜は、多数サイクル用の電池電解液に対する化学的安定性、放電サイクル(高アンペア動作を含む)中の電圧低下を最小限にする高い導電率、及び共イオン輸送を防止し、またRFBの耐用寿命中における高効率を維持する優れた選択性を有するよう選択することができる。 According to some non-limiting embodiments, the anion exchange membrane for RFB minimizes the chemical stability to the battery electrolyte for multiple cycles and the voltage drop during the discharge cycle (including high amperage operation). It can be selected to have high conductivity, prevent coion transport, and have excellent selectivity to maintain high efficiency during the useful life of the RFB.

本発明者は、或るイオン交換膜に関して、一般的に、より薄い膜はより低い抵抗率を生じ、またデバイスの単位体積あたりより大きい膜面積も可能にする。しかし、より薄い膜は、一般的に、接触流体のイオン濃度又は動作温度における変化のような環境効果からの寸法変化をより受けやすいことになり得る。概して、より薄い膜を欠陥なく開発及び生産するのはより困難となり得るもので、これはすなわち、厚さが形成中に生ずる欠陥をカバーし得るより厚い薄膜に比べると、生産中の誤差マージンがより小さいからである。 The inventor generally allows for a thinner membrane to have a lower resistivity and a larger membrane area per unit volume of the device for a given ion exchange membrane. However, thinner membranes can generally be more susceptible to dimensional changes from environmental effects such as changes in the ion concentration or operating temperature of the contact fluid. In general, it can be more difficult to develop and produce thinner films without defects, which means that there is an error margin during production compared to thicker thin films whose thickness can cover the defects that occur during formation. Because it is smaller.

低抵抗、低拡散率、高共イオン輸率、及び良好な化学的安定性を有する薄い陰イオン交換膜は、架橋基を有する陽イオン官能性モノマー(単量体)をポリマー(重合体)化(重合)することによって生産することができる。本明細書記載のように、複合イオン交換膜が開発され、この交換膜は荷電イオン基を有する架橋ポリマーで飽和された微細孔質薄膜を有する。本明細書記載の陰イオン交換膜は、100μm未満の厚さ、使用にあたり5.0Ω・cm〜8.0Ω・cmの抵抗を有し、また少なくとも一方の陽イオン種に関して0.4ppm/時/cm未満の定常拡散率をもたらすことができる。本明細書記載のイオン交換膜の特性は、概して、膜の完全性を犠牲にせずに膜が低抵抗での動作を可能にすることができる。同様の方法は陽イオン交換膜を生産する上で実施することができると理解されたい。すなわち、この場合、イオン性ポリマーは関連の官能基を有する。 A thin anion exchange membrane with low resistance, low diffusion rate, high coion transport number, and good chemical stability converts a cationic functional monomer having a cross-linking group into a polymer. It can be produced by (polymerization). As described herein, composite ion exchange membranes have been developed, which have microporous thin films saturated with crosslinked polymers with charged ion groups. Anion exchange membranes described herein, of less than 100μm thick, has a resistance of 5.0Ω · cm 2 ~8.0Ω · cm 2 in use, and at least with respect to one of the cationic species 0.4 ppm / A steady diffusivity of less than an hour / cm 2 can be achieved. The properties of ion exchange membranes described herein can generally allow the membrane to operate at low resistance without sacrificing membrane integrity. It should be understood that similar methods can be carried out in the production of cation exchange membranes. That is, in this case, the ionic polymer has the relevant functional groups.

国際公開第2011/025867号(参照により全体が本明細書に組み入れられるものとする)は、1つ又はそれ以上の単官能イオノゲン性モノマーを少なくとも1つの多官能架橋モノマーに結合するステップと、及び多孔性物質の細孔にモノマー(単量体)をポリマー化するステップとを備えるイオン交換膜生産方法を記載している。 WO 2011/025867 (which is incorporated herein by reference in its entirety) includes the step of binding one or more monofunctional ionogenic monomers to at least one polyfunctional crosslinked monomer, and. A method for producing an ion exchange membrane including a step of polymerizing a monomer into the pores of a porous substance is described.

一態様によれば、本明細書記載のイオン交換膜を生産する方法を提供する。本開示は、概して、例示的イオン交換膜を生産するのに使用される化学物質及び材料を記載する。架橋膜を生産するために、基板の微細孔を架橋官能モノマーからなるポリマー化生成物で飽和させ、これに続いてモノマーをポリマー化(重合)することができる。 According to one aspect, there is provided a method of producing the ion exchange membrane described herein. The disclosure generally describes the chemicals and materials used to produce exemplary ion exchange membranes. In order to produce a crosslinked film, the micropores of the substrate can be saturated with a polymerized product consisting of crosslinked functional monomers, followed by polymerization (polymerization) of the monomers.

モノマーは、官能基及び架橋基を有することができる。ここで、用語「架橋基(cross-linking group)」は、モノマー置換基又は重合反応部位を有して、網状化又は架橋されたポリマーを形成することができる部分に言及することができる。用語「イオン性官能基(ionic functional group)」は、モノマー置換基又は共有結合している荷電基を有する部分に言及することができる。荷電基は正帯電又は負帯電することができる。本明細書記載のモノマーは、概して、少なくとも1つの官能基及び少なくとも1つの架橋基を有することができる。若干の実施形態によれば、本明細書記載の分子は炭化水素ベースの構造を有することができる。 The monomer can have a functional group and a cross-linking group. Here, the term "cross-linking group" can refer to a moiety that has a monomer substituent or a polymerization reaction site and is capable of forming a networked or crosslinked polymer. The term "ionic functional group" can refer to a moiety having a monomeric substituent or a covalently bonded charged group. The charged group can be positively or negatively charged. The monomers described herein can generally have at least one functional group and at least one cross-linking group. According to some embodiments, the molecules described herein can have a hydrocarbon-based structure.

官能架橋モノマーは膜に対する安定性をもたらすことができる。膜安定性及び相対緊密性は、一般的に同一モノマーに対する架橋度合い依存する。安定性は、さらに、官能基と架橋基との間における混和性に依存することができる。2つの基が混和性でないとき、代表的には架橋基及びイオン基それぞれの疎水性及び親水性に起因して、溶媒を添加してポリマー化溶液を生成することができる。熱ポリマー化(重合)プロセス中、揮発性溶媒は蒸発し、溶液内におけるモノマー分布を変化させることができる。溶剤は、さらに、溶媒和効果に起因して2つの基の反応性を変化させることができる。この結果は、概して、均一モノマー分布を生ずる代わりに、ブロック状コポリマー(共重合体)を形成する。 Functional cross-linked monomers can provide stability to the membrane. Membrane stability and relative tightness generally depend on the degree of cross-linking to the same monomer. Stability can further depend on the miscibility between the functional and cross-linking groups. When the two groups are not miscible, a solvent can be added to produce a polymerized solution, typically due to the hydrophobicity and hydrophilicity of the cross-linking and ionic groups, respectively. During the thermal polymerization process, the volatile solvent can evaporate and alter the monomer distribution in solution. The solvent can further change the reactivity of the two groups due to the solvation effect. The result is generally to form a block copolymer instead of producing a uniform monomer distribution.

官能モノマー自体が架橋されない場合、官能基はポリマー網状体から離脱するリスクがあり得る。各官能基が架橋するとき、エステル基の加水分解のみが架橋度を減少させ、このことが膜の分解(劣化)率を減少することができる。したがって、本明細書記載の官能架橋モノマーによって得られるとき、モノマーは十分架橋した状態になることができ、及び官能基は膜のポリマー主鎖に共有結合することができる。膜の分解率が減少すると、結果として、電解質溶液における化学的安定性を増加し、また寿命を大幅に増大することができる。加えて、架橋基に起因して、重合生成物はほぼ架橋剤がないものとなり得る。 If the functional monomer itself is not crosslinked, the functional groups may be at risk of leaving the polymer network. When each functional group is crosslinked, only hydrolysis of the ester group reduces the degree of cross-linking, which can reduce the rate of degradation (deterioration) of the membrane. Thus, when obtained with the functionally crosslinked monomers described herein, the monomers can be in a fully crosslinked state and the functional groups can be covalently attached to the polymer backbone of the membrane. Decreasing the degradation rate of the membrane can result in increased chemical stability in the electrolyte solution and significantly increased lifetime. In addition, due to the cross-linking groups, the polymerization product can be almost cross-link free.

若干の非限定的実施形態において、本発明方法は、架橋基を有する陽イオン官能性モノマーを重合生成物に一体化するステップと、及び約100μm未満の厚さを有する微細孔質基板を重合生成物でコーティングするステップとを有することができる。重合生成物は溶媒を含むことができる。重合生成物は重合開始剤を含むことができる。 In some non-limiting embodiments, the method of the invention polymerizes a step of integrating a cationic functional monomer having a cross-linking group into a polymerization product and a microporous substrate having a thickness of less than about 100 μm. It can have a step of coating with an object. The polymerization product can include a solvent. The polymerization product can include a polymerization initiator.

官能基としては、正に帯電したアミン基、例えば、第4級アンモニウム基があり得る。第3級アンモニウム基は第4級化化学物質で第4級化することができる。第4級アンモニウム官能基は、強度に塩基性を有し、また0〜14のpHレンジにわたり作用して広範囲の動作レンジを可能にするようイオン化することができる。 The functional group can be a positively charged amine group, for example a quaternary ammonium group. The tertiary ammonium group can be quaternized with a quaternary chemical. The quaternary ammonium functional group is basic in strength and can be ionized to act over a pH range of 0-14 to allow a wide operating range.

架橋基は、外的架橋剤を添加することなく高架橋密度を有する膜を生成することができる。架橋モノマーは少なくとも1つの重合反応部位を有することができる。幾つかの実施形態において、架橋モノマーは1つより多い重合反応部位を有することができる。幾つかの実施形態において、ポリマーは100%架橋される。 The cross-linking group can produce a film having a high cross-linking density without adding an external cross-linking agent. The crosslinked monomer can have at least one polymerization reaction site. In some embodiments, the crosslinked monomer can have more than one polymerization reaction site. In some embodiments, the polymer is 100% crosslinked.

陽イオン官能性モノマーは少なくとも1つの二次官能性モノマーで共重合することができる。二次官能性モノマーは、架橋なしにイオン交換能力を変更するよう構成する又は選択することができる。二次官能性モノマーは、限定しないが、塩化ビニルベンジルトリメチルアンモニウム、塩化トリメチルアンモニウム・エチルメタクリリック、塩化メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム、塩化(3-アクリルアミドプロピル)トリメチルアンモニウム、4-ビニルピリジン、及び1つ又はそれ以上の重合開始剤を含むグループから選択することができる。 The cationic functional monomer can be copolymerized with at least one secondary functional monomer. The secondary functional monomer can be configured or selected to alter the ion exchange capacity without cross-linking. Secondary functional monomers include, but are not limited to, vinyl chloridebenzyltrimethylammonium, trimethylammonium chloride / ethylmethacrylic, methacrylamidepropyltrimethylammonium chloride, (3-acrylamidepropyl) trimethylammonium, 4-vinylpyridine, and one. It can be selected from the group containing or more polymerization initiators.

陽イオン官能性モノマーは少なくとも1つの非官能性二次モノマーで共重合することができる。この非官能性二次モノマーは膜の抵抗率を変更するよう構成する又は選択することができる。非官能性二次モノマーは、モノマー及び/又は重合生成物の混和性を変更するよう構成する又は選択することができる。例えば、非官能性モノマーは、架橋基及びイオン基それぞれの疎水性及び親水性によって生ずる相分離を防止する能力を生ずるよう選択することができる。さらに、非官能性モノマーとの共重合は、過剰な溶剤なしに重合生成物が完全に混合された状態に維持することを可能にする。幾つかの実施形態において、非官能性二次モノマーは、限定しないが、スチレン、ビニルトルエン、4-メチルスチレン、t-ブチルスチレン、α-メチルスチレン、無水メタクリリック、メタクリル酸、n-ビニル-2-ピロリドン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニル-tris-(2-メトキシエトキシ)シラン、塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン、ビニルメチルジメトキシシラン、2,2,2,-トリフルオロエチル・メタクリレート・アリルアミン、ビニルピリジン、無水マレイン酸、メタクリル酸グリシジル、ヒドロキシエチルメタクリレート、又はエチルメタクリレートを含むグループから選択することができる。 The cationic functional monomer can be copolymerized with at least one non-functional secondary monomer. This non-functional secondary monomer can be configured or selected to alter the resistivity of the membrane. The non-functional secondary monomer can be configured or selected to alter the miscibility of the monomer and / or the polymerization product. For example, the non-functional monomer can be selected to give rise to the ability to prevent phase separation caused by the hydrophobicity and hydrophilicity of the cross-linking and ionic groups, respectively. In addition, copolymerization with non-functional monomers allows the polymerization products to be kept in a fully mixed state without excess solvent. In some embodiments, the non-functional secondary monomer is, but is not limited to, styrene, vinyltoluene, 4-methylstyrene, t-butylstyrene, α-methylstyrene, anhydrous methacrylic, methacrylic acid, n-vinyl-. 2-Pyrrolidone, Vinyltrimethoxysilane, Vinyltriethoxysilane, Vinyl-tris- (2-methoxyethoxy) silane, Vinylidene chloride, Vinylidene fluoride, Vinylmethyldimethoxysilane, 2,2,2, -Trifluoroethyl methacrylate -It can be selected from the group containing allylamine, vinylpyridine, maleic anhydride, glycidyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate, or ethyl methacrylate.

幾つかの実施形態において、また若干の想定される使用のために、架橋剤を組み込むことができる。このような架橋剤は、例えば、プロピレングリコール・ジメタクリレート、イソブチレングリコール・ジメタクリレート、オクタ-ビニルPOSS(登録商標)、オクタ-ビニルジメチルシリPOSS(登録商標)、ビニルPOSS(登録商標)ミクスチャ、Octa Vinyl POSS(登録商標)、トリシラボルエチルPOSS(登録商標)、トリシラノリソオクチルPOSS(登録商標)、オクタシランPOSS(登録商標)、オクタヒドロPOSS(登録商標)、エポキシクロヘキシル-POSS(登録商標)ケージミクスチャ、グリシジル-POSS(登録商標)ケージミクスチャ、メタクリル-POSS(登録商標)ケージミクスチャ、又はアクリロPOSS(登録商標)ケージミクスチャから選ぶことができ、これらすべてはハイブリッド・プラスティクス社(米国ミシシッピー州ハッティスブルク)によって配給されている。 Crosslinkers can be incorporated in some embodiments and for some envisioned use. Such cross-linking agents include, for example, propylene glycol dimethacrylate, isobutylene glycol dimethacrylate, octa-vinyl POSS®, octa-vinyldimethylsili POSS®, vinyl POSS® mixture, Octa. Vinyl POSS®, Trisilabolethyl POSS®, Trisylanolisooctyl POSS®, Octasilane POSS®, Octahydro POSS®, Epoquicyclohexyl-POSS® Cage Mixture , Glycidyl-POSS® Cage Mixture, Methul-POSS® Cage Mixture, or Acrylo POSS® Cage Mixture, all of which are Hybrid Platics (Hattis, Mississippi, USA). It is distributed by (Burg).

本発明方法は、微細孔質基板を重合生成物でコーティングするステップを備える。この重合生成物は、1つ又はそれ以上の溶媒を含むことができる。組み込むことができる溶媒としては、1-プロパノール及びジプロピレン・グリコールがあり得る。幾つかの実施形態において、アルコール(例えば、イソプロパノール、ブタノール、種々のグリコールのようなジオール、又はグリセリンのようなポリオール)のような溶媒を含むヒドロキシル基を組み込むことができる。付加的に、N-メチルピロリドン及びジメチルアセトアミドのような非プロトン性溶媒を組み込むことができる。これら溶媒は例示的であり、また付加的又は代案的溶媒は当業者には明らかであろう。 The method of the present invention comprises the step of coating a microporous substrate with a polymerization product. The polymerization product can contain one or more solvents. Solvents that can be incorporated may include 1-propanol and dipropylene glycol. In some embodiments, hydroxyl groups containing solvents such as alcohols (eg, isopropanol, butanol, diols such as various glycols, or polyols such as glycerin) can be incorporated. In addition, aprotic solvents such as N-methylpyrrolidone and dimethylacetamide can be incorporated. These solvents are exemplary and additional or alternative solvents will be apparent to those skilled in the art.

重合生成物は、遊離基開始剤、例えば、過酸化ベンゾイル(BPO)、過硫酸アンモニウム、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)ジヒドロクロライド、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2yl)プロパン]ジヒドロクロライド、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2yl)プロパン]、及びジメチル2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオネート)を含むことができる。 The polymerization products are free radical initiators such as benzoyl peroxide (BPO), ammonium persulfate, 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2'-azobis (2-methylpropionamidine). Dihydrochloride, 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2yl) propane] dihydrochloride, 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2yl) propane], and dimethyl 2,2'- Azobis (2-methylpropionate) can be included.

微細孔質基板は、適正な機械的安定性、多孔質、及び厚さを有するよう選択することができる。若干の実施形態によれば、微細孔質基板は100μm未満の厚さ、約25%〜45%の間における空隙(多孔)率、及び約50nm〜約10μmの間における平均細孔径を有することができる。微細孔質基板は、ポリプロピレン、高分子量ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、塩化ポリビニル、フッ化ポリビニリデン、ポリスルホン、及びそれらの組合せのうち少なくとも1つを有することができる。これら例示的材料は、一般的に、15μm又はそれ以上の厚さで高い機械的安定性を有することができる。 The microporous substrate can be selected to have adequate mechanical stability, porosity, and thickness. According to some embodiments, the microporous substrate may have a thickness of less than 100 μm, a void (porous) ratio between about 25% and 45%, and an average pore diameter between about 50 nm and about 10 μm. it can. The microporous substrate can have at least one of polypropylene, high molecular weight polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polysulfone, and combinations thereof. These exemplary materials can generally have high mechanical stability at a thickness of 15 μm or more.

概して、微細孔質基板の厚さは、陰イオン交換膜に対して適正な機械的安定性を与えるとともに、できる限り薄くすることができる。微細孔質基板の厚さは、孔の深さを考慮することなく測定することができる。幾つかの実施形態において、微細孔質基板は、約155μm未満の厚さを有することができる。微細孔質基板は、約100μm未満の厚さを有することができる。微細孔質基板は、約75μm未満の厚さを有することができる。微細孔質基板は、約55μm未満の厚さを有することができる。若干の実施形態によれば、微細孔質基板は、約25μmの厚さを有することができる。微細孔質基板は、約15μm、約20μm、約25μm、約30μm、約35μm、約40μm、又は約45μmの厚さを有することができる。 In general, the thickness of the microporous substrate can be as thin as possible while providing adequate mechanical stability for the anion exchange membrane. The thickness of the microporous substrate can be measured without considering the depth of the holes. In some embodiments, the microporous substrate can have a thickness of less than about 155 μm. The microporous substrate can have a thickness of less than about 100 μm. The microporous substrate can have a thickness of less than about 75 μm. The microporous substrate can have a thickness of less than about 55 μm. According to some embodiments, the microporous substrate can have a thickness of about 25 μm. The microporous substrate can have a thickness of about 15 μm, about 20 μm, about 25 μm, about 30 μm, about 35 μm, about 40 μm, or about 45 μm.

空隙率は、適正な機械的安定性を維持するとともに、基板に対する適正なコーティングを可能にするよう選択することができる。したがって、空隙率は、コーティング組成、基板材料、及び/又は基板厚さに基づいて選択することができる。百分率として表現される空隙率は、基板の全体積に対する孔の量に言及することができる。幾つかの実施形態において、微細孔質膜は、約25%〜約45%の間における空隙率を有することができる。微細孔質膜は、20%〜40%の間における空隙率を有することができる。微細孔質膜は、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、又は約45%の空隙率を有することができる。他の実施形態において、空隙率は約45%より大きいものとすることができる。例えば、空隙率は、約60%より大きい、又は70%より大きいものとすることができる。非限定的な例示的実施形態において、基板材料は超高分子量ポリエチレンとすることができ、また基板の厚さは約15μm〜35μmの間におけるものとすることができ、空隙率は約35%となるよう選択することができる。 Porosity can be selected to maintain proper mechanical stability and allow proper coating on the substrate. Therefore, the porosity can be selected based on the coating composition, substrate material, and / or substrate thickness. Porosity, expressed as a percentage, can refer to the amount of holes in the total volume of the substrate. In some embodiments, the microporous membrane can have a porosity between about 25% and about 45%. The microporous membrane can have a porosity between 20% and 40%. The microporous membrane can have a porosity of about 20%, about 25%, about 30%, about 35%, about 40%, or about 45%. In other embodiments, the porosity can be greater than about 45%. For example, the porosity can be greater than about 60% or greater than 70%. In a non-limiting exemplary embodiment, the substrate material can be ultra high molecular weight polyethylene, the thickness of the substrate can be between about 15 μm and 35 μm, and the porosity can be about 35%. Can be selected to be.

空隙率は、さらに、選択した平均細孔径に対応するよう選択することができ、またそれを逆にして選択することができる。平均細孔径は、さらに、コーティング組成及び/又は基板材料に基づいて選択することができる。例えば、平均細孔径は基板におけるコーティングをほぼ均一にできるよう選択することができる。平均細孔径は、付加的又は代案的に膜性能に対する効果を有するよう選択することができる。膜の細孔径は、膜構造の抵抗率、拡散率、イオン輸率、及び緊密性を変更することができる。いかなる特別な理論に縛られたくないが、選択された膜パラメータ(とりわけ、細孔径、架橋度合い、イオン性官能性、及び厚さ)はともに膜性能を可能にする。 The porosity can be further selected to correspond to the selected average pore size and vice versa. The average pore size can be further selected based on the coating composition and / or substrate material. For example, the average pore size can be selected so that the coating on the substrate can be made almost uniform. The average pore size can be selected to have an additional or alternative effect on membrane performance. The pore size of the membrane can change the resistivity, diffusivity, ion transport rate, and tightness of the membrane structure. Without being bound by any special theory, the selected membrane parameters (especially pore size, degree of cross-linking, ionic functionality, and thickness) all allow membrane performance.

幾つかの実施形態において、平均細孔径は約50nm〜約10μmの範囲にわたるものとすることができる。平均細孔径は約100nm〜約1.0μmの範囲にわたるものとすることができる。平均細孔径は約100nm〜約200nmの範囲にわたるものとすることができる。平均細孔径は約100nm、約125nm、約150nm、約175nm、約200nm、約225nm、又は約250nmとすることができる。 In some embodiments, the average pore size can range from about 50 nm to about 10 μm. The average pore size can range from about 100 nm to about 1.0 μm. The average pore size can range from about 100 nm to about 200 nm. The average pore diameter can be about 100 nm, about 125 nm, about 150 nm, about 175 nm, about 200 nm, about 225 nm, or about 250 nm.

微細孔質基板材料は、所望厚さ及び空隙率で適正な機械的安定性を有するよう選択することができる。幾つかの実施形態において、微細孔質基板は、ポリプロピレン、高分子量ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、塩化ポリビニル、フッ化ポリビニリデン、ポリスルホン、及びそれらの組合せのうち少なくとも1つを有することができる。これら例示的材料は、一般的に、15μm又はそれ以上の厚さで高い機械的安定性を有することができる。付加的に、例示的材料は、このような厚さで、また70%までにも達する空隙率を有して、機械的安定性を有することができる。 The microporous substrate material can be selected to have adequate mechanical stability at the desired thickness and porosity. In some embodiments, the microporous substrate can have at least one of polypropylene, high molecular weight polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polysulfone, and combinations thereof. These exemplary materials can generally have high mechanical stability at a thickness of 15 μm or more. Additionally, the exemplary material can have mechanical stability at such a thickness and with a porosity of up to 70%.

本発明方法は、さらに、コーティングされた微細孔質基板を加熱するステップ又は上昇した温度でコーティングステップを実施するステップを備えることができる。例えば、基板孔充填又は飽和状態にすることは、約40℃よりも高い、又は約40℃で実施して空気溶解度を減少できる。幾つかの実施形態において、基板は、真空処理の下で重合溶液に浸漬させることによってコーティングすることができ、このコーティング後に加熱ステップを行う。 The method of the present invention can further include a step of heating the coated microporous substrate or a step of performing the coating step at an elevated temperature. For example, substrate hole filling or saturation can be performed above about 40 ° C. or at about 40 ° C. to reduce air solubility. In some embodiments, the substrate can be coated by immersing it in a polymerization solution under vacuum treatment, after which a heating step is performed.

本発明方法は、微細孔質基板をコーティングした後気泡を排除するステップを備える。幾つかの実施形態において、基板サンプルは気泡を除去する予浸漬及び処理をし、例えば、このことはポリエステル又は類似のシート上にサンプルを配置し、カバーシートでカバーし、及び気泡を除去するよう平滑化することによって行うことができる。このプロセスは、単一シート又はシート集合体内で実施することができる。 The method of the present invention comprises a step of removing air bubbles after coating the microporous substrate. In some embodiments, the substrate sample is pre-immersed and treated to remove air bubbles, eg, this is to place the sample on a polyester or similar sheet, cover it with a cover sheet, and remove air bubbles. It can be done by smoothing. This process can be performed within a single sheet or sheet assembly.

重合(ポリマー化)は加熱ユニット内又は加熱表面上で実施することができる。重合を開始及び完了するに十分な温度及び時間にわたり加熱表面上にコーティング済み基板を配置することができる。十分な時間及び温度は、概して、重合生成物組成に依存し得る。重合反応は、例えば、紫外光線又はイオン化放射線(ガンマ放射線又は電子ビーム放射のような)での処理を採用することができる。 Polymerization can be carried out in the heating unit or on the heated surface. The coated substrate can be placed on the heated surface at a temperature and time sufficient to initiate and complete the polymerization. Sufficient time and temperature can generally depend on the composition of the polymerization product. The polymerization reaction can employ, for example, treatment with ultraviolet rays or ionizing radiation (such as gamma radiation or electron beam radiation).

若干の実施形態によれば、本明細書記載の方法は、例えば、1回のコーティングステップのみ必要とすることによって、生産時間を大幅に短縮することができる。生産時間は、付加的に架橋剤を組み入れないことによって短縮することができる。後続の架橋ステップを回避することができる。さらに、生産された陰イオン交換膜は、25μm又は15μmほどの少ない厚さを有するとともに、使用時における所望の機械的強度及び化学的安定性を維持することができる。 According to some embodiments, the methods described herein can significantly reduce production time, for example by requiring only one coating step. The production time can be shortened by not additionally incorporating a cross-linking agent. Subsequent cross-linking steps can be avoided. Further, the produced anion exchange membrane has a thickness as small as 25 μm or 15 μm, and can maintain the desired mechanical strength and chemical stability during use.

膜は、図4に示すような、生産ライン上で生産することができる。図4の例示的生産ライン200は膜基板をコーティングするための溶液タンク210を有する。この例示的生産ライン200は、機械的移動要素230上の加熱ゾーン220に沿ってコーティングした基板を移動させることができる。機械的移動要素は、随意的にモータ232を有するコンベヤーベルト230とすることができる。このモータは加熱ゾーン220に沿う速度を制御するよう(実施例でより詳細に説明するように)動作することができる。加熱ゾーン220は、複数の加熱ブロック221、ブロック222、ブロック223、ブロック224を含むことができる。ここで、例示的加熱ゾーン220は4つの加熱ブロック(加熱区域)を有するが、加熱ゾーン220は、より多い又はより少ない加熱ブロックを有することができる。加熱ブロックの数は、機械的移動要素230の動作速度に影響を及ぼすことができる。生産ライン200は、さらに、気泡を除去するためのローラ240を有することができる。他の実施形態において、加熱ゾーン220は、熱的イニシエータ(開始装置)ではなく、光イニシエータとすることができる。幾つかの実施形態において、加熱ゾーン220は紫外線放射ゾーンを有することができる。 The membrane can be produced on a production line as shown in FIG. The exemplary production line 200 of FIG. 4 has a solution tank 210 for coating the membrane substrate. This exemplary production line 200 can move the coated substrate along the heating zone 220 on the mechanical moving element 230. The mechanical moving element can optionally be a conveyor belt 230 having a motor 232. The motor can operate to control the speed along the heating zone 220 (as described in more detail in the examples). The heating zone 220 can include a plurality of heating blocks 221 and 222, block 223, and block 224. Here, the exemplary heating zone 220 has four heating blocks (heating zones), while the heating zone 220 can have more or fewer heating blocks. The number of heating blocks can affect the operating speed of the mechanical moving element 230. The production line 200 can further include rollers 240 for removing air bubbles. In other embodiments, the heating zone 220 can be a light initiator rather than a thermal initiator (starter). In some embodiments, the heating zone 220 can have an ultraviolet radiation zone.

概して、イオン交換膜の厚さは、より低い内部抵抗及び/又はより多い電力出力を可能にすることができる。陰イオン交換膜の厚さは微細孔質基板の厚さに依存し得る。したがって、陰イオン交換膜は約155μm未満の厚さを有することができる。陰イオン交換膜は約100μm未満の厚さを有することができる。陰イオン交換膜は約75μm未満の厚さを有することができる。陰イオン交換膜は約55μm未満の厚さを有することができる。陰イオン交換膜は、約15μm、約20μm、約25μm、約30μm、約35μm、約40μm、約45μmの厚さを有することができる。 In general, the thickness of the ion exchange membrane can allow lower internal resistance and / or higher power output. The thickness of the anion exchange membrane may depend on the thickness of the microporous substrate. Therefore, the anion exchange membrane can have a thickness of less than about 155 μm. The anion exchange membrane can have a thickness of less than about 100 μm. The anion exchange membrane can have a thickness of less than about 75 μm. The anion exchange membrane can have a thickness of less than about 55 μm. The anion exchange membrane can have a thickness of about 15 μm, about 20 μm, about 25 μm, about 30 μm, about 35 μm, about 40 μm, and about 45 μm.

幾つかの実施形態において、陰イオン交換膜は約15μm〜約100μmの間における厚さを有することができる。陰イオン交換膜は約15μm〜約75μmの間における厚さを有することができる。陰イオン交換膜は約15μm〜約50μmの間における厚さを有することができる。陰イオン交換膜は約15μm〜約35μmの間における厚さを有することができる。陰イオン交換膜は約15μm〜約25μmの間における厚さを有することができる。 In some embodiments, the anion exchange membrane can have a thickness between about 15 μm and about 100 μm. The anion exchange membrane can have a thickness between about 15 μm and about 75 μm. The anion exchange membrane can have a thickness between about 15 μm and about 50 μm. The anion exchange membrane can have a thickness between about 15 μm and about 35 μm. The anion exchange membrane can have a thickness between about 15 μm and about 25 μm.

本明細書記載のイオン交換膜は、類似厚さの従来型の膜に比べると、秀逸な拡散率をもたらす。概して、拡散率とは、所定時間にわたるイオン交換膜の単位面積を横切るイオン数を意味することができる。したがって、膜の拡散率は、膜を横切る種濃度差によって駆動され得る。定常拡散率とは、イオンの流束が経時的にほぼ一定である拡散率を意味することができる。本明細書記載のように定常拡散率は、少なくとも一方の陽イオン種に対して測定される。さらに、定常拡散率の値は、25℃における0.4MのCuSO溶液と0.5MのNaCl溶液との間で膜サンプルを測定し、0.5MのNaCl溶液の隔室内におけるCu2+をモニタリングすることによって決定することができる。 The ion exchange membranes described herein provide excellent diffusivity as compared to conventional membranes of similar thickness. In general, diffusivity can mean the number of ions across a unit area of an ion exchange membrane over a predetermined time. Therefore, the diffusivity of the membrane can be driven by the species concentration difference across the membrane. The stationary diffusivity can mean a diffusivity in which the ion flux is substantially constant over time. As described herein, the steady diffusivity is measured for at least one cation species. In addition, steady diffusivity values measure membrane samples between 0.4 M CuSO 4 solution and 0.5 M NaCl solution at 25 ° C. and monitor Cu 2+ in a room with 0.5 M NaCl solution. Can be determined by doing.

幾つかの実施形態において、陰イオン交換膜は、少なくとも一方の陽イオン種に対して0.4ppm/時/cm未満の定常拡散率を有することができる。幾つかの実施形態において、陰イオン交換膜は、双方の陽イオン種に対して0.4ppm/時/cm未満の定常拡散率を有することができる。陰イオン交換膜は、0.3ppm/時/cm未満、0.2ppm/時/cm未満、0.15ppm/時/cm未満、0.12ppm/時/cm未満、0.1ppm/時/cm未満、0.08ppm/時/cm未満、0.05ppm/時/cm未満、0.03ppm/時/cm未満の定常拡散率を有することができる。したがって、上述した定常拡散率の値は、25℃における0.4MのCuSO溶液と0.5MのNaCl溶液との間で膜を試験し、また0.5MのNaCl溶液の隔室内におけるCu2+をモニタリングするとき正確である。 In some embodiments, the anion exchange membrane can have a steady diffusion rate of less than 0.4 ppm / hour / cm 2 for at least one cation species. In some embodiments, the anion exchange membrane can have a steady diffusion rate of less than 0.4 ppm / hour / cm 2 for both cationic species. Anion exchange membrane is less than 0.3 ppm / hr / cm 2, less than 0.2 ppm / hr / cm 2, less than 0.15 ppm / hr / cm 2, 0.12 ppm / hr / cm of less than 2, 0.1 ppm / It can have a steady diffusion rate of less than hour / cm 2, less than 0.08 ppm / hour / cm 2, less than 0.05 ppm / hour / cm 2, and less than 0.03 ppm / hour / cm 2. Therefore, the above-mentioned constant diffusivity values test the membrane between 0.4 M CuSO 4 solution and 0.5 M NaCl solution at 25 ° C. and also Cu 2+ in a separable chamber of 0.5 M NaCl solution. Is accurate when monitoring.

膜のより低い電気抵抗は、動作に必要な電気エネルギーを減少することができる。膜比抵抗は、一般的にオーム・長さ(Ωcm)で報告される。しかし、抵抗は、膜面積に沿って均一に分布しない場合があり得る。面積膜抵抗は、オーム・面積(Ωcm)で測定される。面積膜抵抗は、イオン交換膜を有するフローセルの電解液抵抗をイオン交換膜のないフローセルに対して比較することによって測定することができる。例えば、電解質溶液内における既知の面積の2つの電極(一般的にはプラチナ又は黒鉛を使用することができる)を有しているセルをセットアップすることができる。1つのセルは電極間で既知の面積のイオン交換膜サンプルを有することができる。電極は膜に接触しないよう位置決めする。膜抵抗は、膜なし電解質抵抗を所定位置に膜を有する電解質抵抗から引き算することによって推定することができる。 The lower electrical resistance of the membrane can reduce the electrical energy required for operation. Membrane resistivity is generally reported in ohms and length (Ωcm). However, the resistance may not be evenly distributed along the membrane area. Area film resistance is measured in ohms and area (Ωcm 2). Area membrane resistance can be measured by comparing the electrolyte resistance of a flow cell with an ion exchange membrane to that of a flow cell without an ion exchange membrane. For example, a cell having two electrodes of known area in an electrolyte solution (generally platinum or graphite can be used) can be set up. One cell can have an ion exchange membrane sample of known area between the electrodes. Position the electrodes so that they do not come into contact with the membrane. The membrane resistance can be estimated by subtracting the membraneless electrolyte resistance from the electrolyte resistance having the membrane in place.

イオン交換膜抵抗は、さらに、膜によって分離される2つのよく攪拌されたチャンバを有するセル内における電圧対電流曲線を決定することによっても測定することができる。膜を横切る電位降下を測定するよう塩化第一水銀電極を位置決めすることができる。電位降下の勾配を電流曲線に対してプロットすることができ、この電流曲線は、電圧を変化させて電流を測定することによって得られる。 Ion exchange membrane resistance can also be measured by determining the voltage vs. current curve within a cell that has two well-stirred chambers separated by the membrane. The mercuric chloride electrode can be positioned to measure the potential drop across the membrane. The gradient of the voltage drop can be plotted against the current curve, which is obtained by varying the voltage and measuring the current.

さらに、電気化学的インピーダンスを使用してイオン交換膜抵抗を測定することができる。この方法において交流電流を膜に対して印加することができる。一般的に単独周波数での測定は膜の電気化学的特性に関連するデータをもたらす。周波数及び振幅の変動を使用することによって、詳細な構造情報を得ることができる。 In addition, electrochemical impedance can be used to measure ion exchange membrane resistance. In this method, alternating current can be applied to the membrane. Measurements at a single frequency generally provide data related to the electrochemical properties of the membrane. Detailed structural information can be obtained by using frequency and amplitude variations.

幾つかの実施形態において、陰イオン交換膜は、25℃における0.5MのNaCl溶液に平衡状態を生じた後に直流電流で測定したとき、約3.0Ω・cm〜約10.0Ω・cmの間における抵抗を有することができる。陰イオン交換膜は、25℃における0.5MのNaCl溶液に平衡状態を生じた後に直流電流で測定したとき、約5.0Ω・cm〜約8.0Ω・cmの間における抵抗を有することができる。陰イオン交換膜は、25℃における0.5MのNaCl溶液に平衡状態を生じた後に直流電流で測定したとき、約6.0Ω・cm〜約7.0Ω・cmの間における抵抗を有することができる。抵抗は、膜の他のパラメータ(例えば、材料、厚さ、等々)によって、できるだけ低いものとなるよう、また決定されるよう選択することができる。幾つかの実施形態において、本明細書記載のようにほぼ架橋剤がなく生産されるイオン交換膜は、架橋剤付きで生産されるイオン交換膜よりも低い抵抗を有することができる。陰イオン交換膜は、25℃における0.5MのNaCl溶液に平衡状態を生じた後に直流電流で測定したとき、約3.0Ω・cm、約4.0Ω・cm、約5.0Ω・cm、約5.5Ω・cm、約6.0Ω・cm、約6.5Ω・cm、約7.0Ω・cm、約7.5Ω・cm、約8.0Ω・cm、約9.0Ω・cm、約10.0Ω・cmの抵抗を有することができる。 In some embodiments, the anion exchange membrane is approximately 3.0 Ω · cm 2 to about 10.0 Ω · cm as measured by direct current after equilibration with a 0.5 M NaCl solution at 25 ° C. It can have a resistance between two. Anion exchange membrane, when measured at direct current after yielded equilibrium 0.5M NaCl solution at 25 ° C., has a resistance between about 5.0 ohm · cm 2 ~ about 8.0Ω · cm 2 be able to. Anion exchange membrane, when measured at direct current after yielded equilibrium 0.5M NaCl solution at 25 ° C., has a resistance between about 6.0Ω · cm 2 ~ about 7.0Ω · cm 2 be able to. The resistance can be chosen to be as low as possible and to be determined by other parameters of the membrane (eg, material, thickness, etc.). In some embodiments, ion exchange membranes produced almost without crosslinkers as described herein can have lower resistance than ion exchange membranes produced with crosslinkers. Anion exchange membrane, when measured at direct current after yielded equilibrium 0.5M NaCl solution at 25 ° C., about 3.0Ω · cm 2, from about 4.0Ω · cm 2, from about 5.0 ohm · cm 2, about 5.5Ω · cm 2, about 6.0Ω · cm 2, about 6.5Ω · cm 2, about 7.0Ω · cm 2, about 7.5Ω · cm 2, about 8.0Ω · cm 2 , Approximately 9.0 Ω · cm 2 , can have a resistance of approximately 10.0 Ω · cm 2.

共イオン輸率とは、一般的にフロー電池の使用中における共イオンに対する対イオンの相対輸送を意味する。理想的な陽イオン交換膜は、正荷電イオンのみが膜を通過することができ、1.0の共イオン輸率をもたらすことができる。膜の共イオン輸率は、膜が異なる濃度の一価塩溶液を分離する状態で膜を跨ぐ電位を測定することによって決定することができる。ここで使用される方法及び計算は、実施例の項でより詳細に説明する。 The coion transport rate generally means the relative transport of counterions to coions during use of a flow battery. An ideal cation exchange membrane allows only positively charged ions to pass through the membrane, resulting in a coion transport number of 1.0. The cation transport number of the membrane can be determined by measuring the potential across the membrane with the membrane separating monovalent salt solutions of different concentrations. The methods and calculations used herein will be described in more detail in the Examples section.

幾つかの実施形態において、陰イオン交換膜は、少なくとも1つの非レドックス種に対して少なくとも約0.95の共イオン輸率を有することができる。非レドックス種としては、電解質の任意な非レドックス種があり得る。陰イオン交換膜は、すべての非レドックス種に対して少なくとも約0.95の共イオン輸率を有することができる。陰イオン交換膜は、少なくとも約0.9、少なくとも約0.91、少なくとも約0.92、少なくとも約0.93、少なくとも約0.94、少なくとも約0.95、少なくとも約0.96、少なくとも約0.97、少なくとも約0.98、少なくとも約0.99の共イオン輸率を有することができる。 In some embodiments, the anion exchange membrane can have a coion transport rate of at least about 0.95 for at least one non-redox species. The non-redox species can be any non-redox species of electrolyte. Anion exchange membranes can have a coion transport rate of at least about 0.95 for all non-redox species. The anion exchange membrane is at least about 0.9, at least about 0.91, at least about 0.92, at least about 0.93, at least about 0.94, at least about 0.95, at least about 0.96, at least about. It can have a coion transport number of 0.97, at least about 0.98, and at least about 0.99.

フローセルは、さらに、少なくとも1つの電極を備えることができる。フローセルの電力は電極の表面積の関数であり得る。1つの電極は第1電解液及び第2電解液に流体連通するよう位置決めされるバイポーラ電極とすることができる。バイポーラ電極は第1電解液と第2電解液との間に位置決めすることができる。本明細書記載の電極は、使用にあたり適切な電気的、化学的、及び機械的な安定性を有するよう選択される耐腐食性導電材料から構成することができる。バイポーラ電極は、導電材料又は導電材料の層を有するものとすることができる。幾つかの実施形態において、バイポーラ電極は、亜鉛を有するものとすることができる。 The flow cell can further include at least one electrode. The power of the flow cell can be a function of the surface area of the electrodes. One electrode can be a bipolar electrode positioned to allow fluid communication with the first and second electrolytes. The bipolar electrode can be positioned between the first electrolytic solution and the second electrolytic solution. The electrodes described herein can be composed of corrosion resistant conductive materials selected to have suitable electrical, chemical and mechanical stability for use. The bipolar electrode may have a conductive material or a layer of conductive material. In some embodiments, the bipolar electrode can have zinc.

フローセルは第1電極及び第2電極を有することができ、各1個は各セルハーフ内に位置決めする。第1電極は第1電解液を含むセルハーフ内に位置決めするとともに、第2電極は第2電解液を含むセルハーフ内に位置決めすることができる。電極は、導電材料又は導電材料の1つ若しくはそれ以上の層を有することができる。幾つかの実施形態において、電極はプラチナ又は黒鉛を有することができる。フローセルは、イオン交換膜及び電極を互いに接触させることなく維持するよう構成された少なくとも1つのセパレータを有することができる。 The flow cell can have a first electrode and a second electrode, one of which is positioned within each cell half. The first electrode can be positioned in the cell half containing the first electrolytic solution, and the second electrode can be positioned in the cell half containing the second electrolytic solution. The electrode can have one or more layers of conductive material or conductive material. In some embodiments, the electrodes can have platinum or graphite. The flow cell can have at least one separator configured to keep the ion exchange membrane and the electrodes out of contact with each other.

フロー電池は複数のフローセルを備える。幾つかの実施形態において、フロー電池は外部電解液タンクを備えることができる。フロー電池は、タンクから電解液を送給し、イオン交換膜及び/又は電極に接触するようセルを通過させる構成にすることができる。フロー電池は、セル経由で電解液を循環させるよう構成した1つ又はそれ以上のポンプを備えることができる。フローセルは互いに流体的に接続することができる。幾つかの実施形態において、フローセルは互いに流体的に接続しない。 The flow battery includes a plurality of flow cells. In some embodiments, the flow battery can include an external electrolyte tank. The flow battery can be configured to feed the electrolyte from the tank and allow it to pass through the cell so as to contact the ion exchange membrane and / or the electrode. The flow battery can include one or more pumps configured to circulate the electrolyte through the cell. Flow cells can be fluidly connected to each other. In some embodiments, the flow cells do not fluidly connect to each other.

他の態様によれば、フロー電池の使用を容易にする方法を提供する。本発明方法は、本明細書記載のような少なくとも1つのイオン交換膜を準備するステップと、フロー電池の再充電可能セル内にイオン交換膜を設置するよう指示出しをするステップとを備えることができる。イオン交換膜は陰イオン交換膜とすることができる。概して、イオン交換膜は、再充電可能セルのアノード液隔室とカソード液隔室との間に設置することができる。本発明方法は、さらに、フロー電池を充電し、またフロー電池を連続的に動作させるよう指示出しをするステップを備える。 According to another aspect, a method for facilitating the use of the flow battery is provided. The method of the present invention may include a step of preparing at least one ion exchange membrane as described herein and a step of instructing the installation of the ion exchange membrane in the rechargeable cell of the flow battery. it can. The ion exchange membrane can be an anion exchange membrane. In general, the ion exchange membrane can be placed between the anodic and cathodic compartments of the rechargeable cell. The method of the present invention further comprises a step of charging the flow battery and instructing the flow battery to operate continuously.

幾つかの実施形態において、フロー電池は、電解液の交換又は再充電が必要とまるまでに少なくとも約6週間の寿命で動作することができる。フロー電池は少なくとも約12週間の寿命で動作することができる。幾つかの実施形態において、イオン交換膜は、約6週間、約8週間、約10週間、約12週間、約14週間、又は約16週間の有用寿命を有することができる。若干の実施形態において、イオン交換膜は約20週間までにも達する有用寿命を有することができる。膜の有用寿命は、電解液交換が必要となる前に膜が動作できるサイクル数と言い換えることができる。幾つかの実施形態において、イオン交換膜は4000サイクルより多くのサイクルにわたり動作することができる。例えば、イオン交換膜は、約4500サイクル、約5000サイクル、約5500サイクル、約6000サイクル、約6500サイクル、又は約7000サイクルにわたり動作することができる。 In some embodiments, the flow battery can operate with a life of at least about 6 weeks before the electrolyte needs to be replaced or recharged. Flow batteries can operate with a life of at least about 12 weeks. In some embodiments, the ion exchange membrane can have a useful lifespan of about 6 weeks, about 8 weeks, about 10 weeks, about 12 weeks, about 14 weeks, or about 16 weeks. In some embodiments, the ion exchange membrane can have a useful life of up to about 20 weeks. The useful life of the membrane can be translated into the number of cycles in which the membrane can operate before the electrolyte needs to be replaced. In some embodiments, the ion exchange membrane can operate for more than 4000 cycles. For example, the ion exchange membrane can operate for about 4500 cycles, about 5000 cycles, about 5500 cycles, about 6000 cycles, about 6500 cycles, or about 7000 cycles.

本明細書記載のように、有用寿命は、電解液が交換又は再充電を必要とする前に連続使用状態でのフロー電池又はイオン交換膜の寿命を意味することができる。非限定的である例示的実施形態において、Cu2がZn2隔室に拡散する(又は逆にZn2がCu2隔室に拡散する)とき、Cu2は放電中に形成されるZn金属と反応することができる。この反応は、Cu2からCuに変換して、一定電流で導電率を低下させる、又は電圧を増加させることができる。電圧は、膜を経て拡散するCu2の量を示す良好なインジケータであり得る。したがって、イオン交換膜の有用寿命は、内部電位降下が高くかつ出力が低い時点で閾値に達し、電解液が交換又は再充電を必要としていることを示し得る。幾つかの実施形態において、内部電位降下が約2.0ボルト〜約3.0ボルトの間であるときにイオン交換膜の有用寿命閾値に達していることがあり得る。内部電位降下が少なくとも約2.5ボルトであるときにイオン交換膜閾値の有用寿命に達していることがあり得る。本明細書記載のフロー電池は、内部電位降下を決定するセンサと、及び随意的に内部電位降下が有用寿命閾値に達したときを示すユーザー・インタフェースとを備えることができる。 As described herein, useful life can mean the life of a flow battery or ion exchange membrane in continuous use before the electrolyte requires replacement or recharging. In a non-limiting exemplary embodiment, when Cu2 + diffuses into the Zn2 + compartment (or conversely Zn2 + diffuses into the Cu2 + compartment), Cu2 + is associated with the Zn metal formed during discharge. Can react. This reaction can convert Cu 2+ to Cu 0 to reduce the conductivity or increase the voltage at a constant current. The voltage can be a good indicator of the amount of Cu2 + diffused through the membrane. Therefore, the useful life of the ion exchange membrane may reach the threshold when the internal potential drop is high and the output is low, indicating that the electrolyte needs to be replaced or recharged. In some embodiments, it is possible that the useful lifetime threshold of the ion exchange membrane is reached when the internal potential drop is between about 2.0 and about 3.0 volts. It is possible that the useful lifetime of the ion exchange membrane threshold has been reached when the internal potential drop is at least about 2.5 volts. The flow battery described herein can include a sensor that determines the internal potential drop and optionally a user interface that indicates when the internal potential drop reaches the useful life threshold.

イオン交換膜の有用寿命は膜の使用状況に依存し得る。例えば、有用寿命は、電解液又は電極材料の選択によって変化し得る。イオン交換膜の有用寿命は再充電可能セル、電極、及び/又は電解液隔室のサイズによって変化し得る。イオン交換膜の有用寿命は、さらに、選択される材料によって変化し得る。例えば、有用寿命はコーティング材料、基板材料によって、また基板が架橋剤によってコーティングされたか否かによって変化し得る。概して、イオン交換膜は約6週間〜約16週間の有用寿命を有することができる。本発明方法は、さらに、イオン交換膜の有用寿命を決定するよう指示出しをするステップと、また随意的に電解液の消尽後に電解液を交換するよう指示出しをするステップとを備えることができる。幾つかの実施形態において、本発明方法は、イオン交換膜の消尽後にイオン交換膜を交換するステップを備えることができる。 The useful life of the ion exchange membrane may depend on the usage of the membrane. For example, the useful life can vary depending on the choice of electrolyte or electrode material. The useful life of the ion exchange membrane can vary depending on the size of the rechargeable cell, electrode, and / or electrolyte compartment. The useful life of the ion exchange membrane can also vary depending on the material selected. For example, the useful life can vary depending on the coating material, the substrate material, and whether the substrate is coated with a cross-linking agent. In general, ion exchange membranes can have a useful life of about 6 to about 16 weeks. The method of the present invention can further include a step of instructing to determine the useful life of the ion exchange membrane and a step of optionally instructing the electrolyte to be replaced after exhaustion of the electrolyte. .. In some embodiments, the method of the invention can comprise the step of replacing the ion exchange membrane after exhaustion of the ion exchange membrane.

若干の実施形態によれば、フロー電池は、高電圧直流電流(HVDC)送電ラインと共存可能であるよう構成することができる。フロー電池は、HVDC送電ライン上での使用のために電気エネルギーを貯蔵するよう動作することができる。概して、このようなフロー電池は約1000V〜約800KVの間における電圧を供給できる。 According to some embodiments, the flow battery can be configured to co-exist with a high voltage direct current (HVDC) transmission line. Flow batteries can operate to store electrical energy for use on HVDC transmission lines. In general, such flow batteries can supply voltages between about 1000V and about 800KV.

若干の実施形態によれば、フロー電池は、自動車と共存可能であるよう構成することができる。フロー電池は、自動車での使用のために電気エネルギーを貯蔵するよう動作することができる。このようなフロー電池は、従来型自動車バッテリーに対応して約100V〜約500Vの間における電圧を供給できる。 According to some embodiments, the flow battery can be configured to be coexistent with the vehicle. Flow batteries can operate to store electrical energy for use in automobiles. Such a flow battery can supply a voltage between about 100V and about 500V corresponding to a conventional automobile battery.

他の態様によれば、本発明は充電の貯蔵を容易にする方法を提供する。この方法は、本明細書記載のようなフロー電池を準備するステップと、フロー電池を充電するよう指示出しをするステップを備える。フロー電池は、エネルギー源に接続することによって充電することができる。若干の実施形態において、フロー電池は、可変エネルギー源に接続することによって充電することができる。可変エネルギー源としては、変動する性質に起因して搬送不能である任意なエネルギー源があり得る。可変エネルギー源の例としては、太陽光発電システム、風力発電システム、及び波力発電及び潮汐力発電のような水力発電システムがあり得る。他の可変エネルギー源は当業者には容易に分かるであろう。概して、可変エネルギー源は、連続動作を提供する高エネルギー貯蔵を必要とするソースを含むことができる。したがって、本発明方法は、さらに、フロー電池をエネルギー源に、例えば、可変エネルギー源に電気的に接続することによってフロー電池を充電するよう指示出しをするステップを備えることができる。 According to another aspect, the present invention provides a method of facilitating storage of charges. This method includes a step of preparing a flow battery as described in the present specification and a step of instructing the flow battery to be charged. Flow batteries can be charged by connecting to an energy source. In some embodiments, the flow battery can be charged by connecting to a variable energy source. The variable energy source can be any energy source that cannot be transported due to its fluctuating nature. Examples of variable energy sources can be photovoltaic systems, wind power systems, and hydropower systems such as wave and tidal power. Other variable energy sources will be readily apparent to those skilled in the art. In general, variable energy sources can include sources that require high energy storage to provide continuous operation. Therefore, the method of the present invention can further include a step of instructing the flow battery to be charged by electrically connecting the flow battery to an energy source, for example, a variable energy source.

本発明方法は、さらに、フロー電池をエネルギー伝送ラインに、又は使用ポイント、例えば、顧客に直接電気的に接続するよう指示出しをするステップを備えることができる。フロー電池はHVDC送電ラインに電気的に接続ことができる。HVDC送電ラインは長距離の送電に使用することができる。HVDC送電ラインは、さらに、地域的配電システムに、例えば、交流電流(AC)地域的配電システムに電気的に接続することができる。 The method of the present invention can further include instructing the flow battery to be electrically connected to an energy transmission line or to a point of use, eg, a customer. The flow battery can be electrically connected to the HVDC transmission line. HVDC transmission lines can be used for long-distance transmission. The HVDC transmission line can also be electrically connected to a regional distribution system, eg, an alternating current (AC) regional distribution system.

幾つかの実施形態において、本発明方法は、放電後にフロー電池を再充電するよう指示出しをするステップを備えることができる。フロー電池は、イオン交換膜の有用寿命の使用後に放電及び再充電することができる。他の実施形態において、本発明方法は、さらに、フロー電池の放電後に第1電解液及び第2電解液のうち少なくとも一方を交換するよう指示出しをするステップを備えることができる。電解液は使用済み電解液として抽出し、迅速充電のために新たな電解液と交換することができる。使用済み電解液は、更なる使用のために再充電することができる。 In some embodiments, the method of the invention can comprise a step of instructing the flow battery to be recharged after discharge. The flow battery can be discharged and recharged after the useful life of the ion exchange membrane has been used. In another embodiment, the method of the present invention can further include a step of instructing to replace at least one of the first electrolyte and the second electrolyte after the flow battery is discharged. The electrolyte can be extracted as a used electrolyte and replaced with a new electrolyte for quick charging. The used electrolyte can be recharged for further use.

これら及び他の実施形態の機能及び利点は、以下の実施例からよりよく理解できるであろう。これら実施例は、説明的性質であることを意図し、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。以下の実施例において、所望の品質を有するイオン交換膜は、微細孔質基板を重合生成物でコーティングすることによって生産される。 The features and advantages of these and other embodiments will be better understood from the examples below. These examples are intended to be descriptive in nature and should not be considered to limit the scope of the invention. In the following examples, ion exchange membranes of the desired quality are produced by coating a microporous substrate with a polymerization product.

実施例1:試験サンプルの準備
実験室研究は、イオン交換膜の調製及び使用方法を設計するために実施した。この実験室研究は、膜の小さいクーポン(切り取り試片)を作成するステップと、これらクーポンに対して抵抗率試験及び共イオン輸送試験を行うステップとを含めた。
Example 1: Preparation of test samples Laboratory studies were conducted to design the preparation and use of ion exchange membranes. This laboratory study included the steps of making small membrane coupons (cutting specimens) and performing resistivity tests and coion transport tests on these coupons.

多孔質膜基板は43mm直径のクーポンとなるようダイカットした。透明ポリエステルシートのより大きいディスク(50mm及び100mm直径)もダイカットした。クーポンのセットを保持するのに105mmのアルミニウム製計量受皿を使用した。クーポンは2つのポリエステル膜ディスク間に挟持した。 The porous membrane substrate was die-cut to form a coupon having a diameter of 43 mm. Larger discs (50 mm and 100 mm diameter) of clear polyester sheet were also die cut. A 105 mm aluminum weighing pan was used to hold the set of coupons. The coupon was sandwiched between two polyester membrane discs.

先ず、基板クーポンをモノマー溶液で完全に濡らして試験サンプルを作成した。この濡らしは、調製溶液をアルミニウム製受皿に添加し、基板クーポンを有するポリエステル膜ディスクを基板クーポンとともに溶液内に浸漬し、最終的に多孔質支持体を飽和させた。飽和した支持体をモノマー溶液から取り出し、1片のポリエステル膜上に配置した。気泡は、クーポンを平滑化又は圧搾してクーポンから排除した。気泡は、小さいガラスロッドのような都合のよいツールで、又は手によって排除することができる。 First, the substrate coupon was completely wetted with a monomer solution to prepare a test sample. For this wetting, the preparation solution was added to an aluminum saucer and a polyester film disc with the substrate coupon was immersed in the solution with the substrate coupon to finally saturate the porous support. The saturated support was removed from the monomer solution and placed on a piece of polyester membrane. Bubbles were removed from the coupon by smoothing or squeezing the coupon. Bubbles can be eliminated with a convenient tool such as a small glass rod or by hand.

第2ポリエステルディスクを第1クーポン上に積層し、クーポンと下側及び上側のポリエステル膜層との間に完全な表面接触を生ずるよう平滑化した。第2多孔質基板を上側ポリエステル膜上に積層させ、先行ステップ(飽和、平滑化、及びポリエステル膜のカバー層追加)を繰り返して、2つのクーポン及び2つのポリエステル膜層の複層サンドイッチを作成した。 The second polyester disc was laminated onto the first coupon and smoothed to provide perfect surface contact between the coupon and the lower and upper polyester film layers. The second porous substrate was laminated on the upper polyester membrane, and the preceding steps (saturation, smoothing, and addition of the polyester membrane cover layer) were repeated to create a multi-layer sandwich of two coupons and two polyester membrane layers. ..

代表的実験試行には、10個又はそれ以上の飽和基板クーポン層の複層サンドイッチを有した。アルミニウム受皿のリムは、必要に応じてディスク/クーポンアセンブリを保持するよう下方に捲縮することができる。 A typical experimental trial had a multi-layer sandwich of 10 or more saturated substrate coupon layers. The rim of the aluminum pan can be crimped downward to hold the disc / coupon assembly if desired.

受皿及びアセンブリは、この後封止可能なバッグ内に容れた。ここでは、それらはジップロックのポリエチレンバック内に容れた。不活性ガス、ここでは窒素の低い陽圧を添加してからバックを封止した。受皿及びクーポンのアセンブリを収容するバッグを80℃のオーブン内に約60分間に達するまで配置した。バッグは、この後に取り出して冷却した。次に反応したイオン交換膜クーポンを40℃〜50℃の0.5MのNaCl溶液内に少なくとも30分間配置し、NaCl溶液内での浸漬は18時間にも及んだ。 The saucer and assembly were then placed in a sealable bag. Here, they were placed in a ziplock polyethylene bag. The bag was sealed after the addition of an inert gas, here a low positive pressure of nitrogen. A bag containing the saucer and coupon assembly was placed in an oven at 80 ° C. for about 60 minutes. The bag was then removed and cooled. The reacted ion exchange membrane coupon was then placed in a 0.5 M NaCl solution at 40 ° C. to 50 ° C. for at least 30 minutes and soaked in the NaCl solution for as long as 18 hours.

したがって、実験室膜クーポンは、イオン交換膜試験に適している。 Therefore, laboratory membrane coupons are suitable for ion exchange membrane testing.

実施例2:UHMWPEを有するイオン交換膜の準備
サンプルは膜基板材料として超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)の適合性を決定するために準備した。
Example 2: Preparation of Ion Exchange Membrane with UHMWPE Samples were prepared to determine the suitability of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) as the membrane substrate material.

モノマーミクスチャは、本明細書記載のような溶媒を有する重合生成物内に組み入れた。少なくとも35%の空隙率及び50nm〜10μmの間における細孔径を有するUHMWPEから作成した25μm厚さの多孔質フィルム(膜)を重合生成物内で約30〜60秒にわたり飽和させた。飽和したフィルム(膜)をマイラー(登録商標)シート(デュポン・テイジン・フィルムズ社/バージニア州チェスター)間に酸素浸入を防止するよう配置した。マイラー(登録商標)シートは所定位置にクランプし、またフィルムを80℃に30分間加熱した。 The monomer mixture was incorporated into a polymerization product with a solvent as described herein. A 25 μm thick porous film made from UHMWPE with a porosity of at least 35% and a pore size between 50 nm and 10 μm was saturated in the polymerization product for about 30-60 seconds. Saturated films were placed between Mylar® sheets (DuPont Teijin Films, Chesterfield, Virginia) to prevent oxygen ingress. The Mylar® sheet was clamped in place and the film was heated to 80 ° C. for 30 minutes.

透過性試験は試験セル内に膜を配置することにより実施した。CuSOの0.5M溶液を膜の一方の側に添加し、またNaClの0.5M溶液を膜の反対側に添加した。ガスケットを使用して試験セル内に膜を封止した。4週間後、NaCl溶液は検出可能なCuSOがなく、非透過性膜であることを示した。抵抗率は5.0〜8.0Ω・cmの間であると測定され、また共イオン輸率は0.95であると測定された。 The permeability test was performed by placing a membrane in the test cell. A 0.5 M solution of CuSO 4 was added to one side of the membrane and a 0.5 M solution of NaCl was added to the other side of the membrane. The membrane was sealed in the test cell using a gasket. After 4 weeks, the NaCl solution lacked detectable CuSO 4 and showed a non-permeable membrane. The resistivity was measured to be between 5.0 and 8.0 Ω · cm 2 , and the coion transport number was measured to be 0.95.

したがって、UHMWPE微細孔質基板を有する膜は、非透過性、好適な抵抗率及び高い共イオン輸率を示す。 Therefore, membranes with UHMWPE microporous substrates exhibit impermeable, suitable resistivity and high coion transport rates.

実施例3:ポリエチレンを有するイオン交換膜の準備
サンプルは膜基板材料としてポリエチレンの適合性を決定するために準備した。
Example 3: Preparation of Ion Exchange Membrane with Polyethylene Samples were prepared to determine the suitability of polyethylene as the membrane substrate material.

モノマーミクスチャは、本明細書記載のような溶媒を有する重合生成物内に組み入れた。エンテック・インターナショナル社(英国ニューカッスルアポンタイン)から入手した25μm厚さの多孔質フィルム(膜)を多孔質基板として使用した。この多孔質フィルムは、約35%の空隙率及び約200nm(販売会社によって報告された平均値として)の細孔径を有していた。この多孔質フィルム(膜)を重合生成物内で約30〜60秒にわたり飽和させた。飽和したフィルム(膜)をマイラー(登録商標)シート間に酸素浸入を防止するよう配置した。マイラー(登録商標)シートは所定位置にクランプし、またフィルムを80℃に30分間加熱した。 The monomer mixture was incorporated into a polymerization product with a solvent as described herein. A 25 μm-thick porous film (membrane) obtained from Entec International (Newcastle upon Tyne, UK) was used as the porous substrate. The porous film had a porosity of about 35% and a pore size of about 200 nm (as an average value reported by the distributor). The porous film was saturated in the polymerization product for about 30-60 seconds. Saturated films were placed between Mylar® sheets to prevent oxygen ingress. The Mylar® sheet was clamped in place and the film was heated to 80 ° C. for 30 minutes.

抵抗率及び共イオン輸率は実施例2において行ったと同様に測定した。抵抗率は5.0〜8.0Ω・cmの間であると測定され、また共イオン輸率は0.95であると測定された。 The resistivity and conion transport rate were measured in the same manner as in Example 2. The resistivity was measured to be between 5.0 and 8.0 Ω · cm 2 , and the coion transport number was measured to be 0.95.

したがって、ポリエチレン微細孔質基板を有する膜は、好適な抵抗率及び高い共イオン輸率を示す。 Therefore, a membrane having a polyethylene microporous substrate exhibits a suitable resistivity and a high coion transport number.

実施例4:例示的膜の定常拡散率及び抵抗
実施例2で記載したように準備したイオン交換膜はCu2+イオンに対する拡散率を試験した。この膜は2チャンバ試験セル内のチャンバ間に配置した。拡散流束の活性面積は約4.5cmであった。一方にチャンバには0.4MのCuSOを約100mL収容した。他方のチャンバには0.5MのNaClを約100mL収容した。CuSOを収容しているチャンバを磁気攪拌バーによってゆっくりと攪拌した。
Example 4: Constant Diffusivity and Resistance of the Illustrative Membrane The ion exchange membrane prepared as described in Example 2 was tested for the diffusivity to Cu 2+ ions. The membrane was placed between the chambers in a two-chamber test cell. The active area of the diffuse flux was about 4.5 cm 2 . On the other hand, the chamber contained about 100 mL of 0.4 M CuSO 4. The other chamber contained approximately 100 mL of 0.5 M NaCl. The chamber containing CuSO 4 was slowly stirred by a magnetic stirring bar.

0.5MのNaCl溶液は、UV分光法によってサンプリングした。Cu2+の濃度は、10mm光路長の石英キュベットで溶液を吸収することによって決定した。器具は吸収媒体としての空気により「ゼロ設定(zeroed)」した。このキュベットは、0.5Mの純NaClで充満させ、吸収は背景吸収として246nm近傍の波長により記録した。拡散したCu2+を含む0.5MのNaClは246nm波長での吸収によって測定した。純NaClの吸収後に、上述した手順に従って計算した標準曲線を使用してCu濃度(ppm)が得られた。 The 0.5 M NaCl solution was sampled by UV spectroscopy. The concentration of Cu 2+ was determined by absorbing the solution with a quartz cuvette with a 10 mm optical path length. The instrument was "zeroed" by air as an absorption medium. The cuvette was filled with 0.5 M pure NaCl and absorption was recorded as background absorption at a wavelength near 246 nm. 0.5 M NaCl containing diffused Cu 2+ was measured by absorption at a wavelength of 246 nm. After absorption of pure NaCl, Cu concentration (ppm) was obtained using the standard curve calculated according to the procedure described above.

表1は実施例2で説明した方法を使用して準備した数個の膜を提示しており、ここで基準サンプルはAMX膜(日本国東京のアストム社によって流通されている)である。参照1〜4には基板上にコーティングされる重合生成物に僅かな変動がある。 Table 1 presents several membranes prepared using the method described in Example 2, where the reference sample is an AMX membrane (distributed by Astom in Tokyo, Japan). References 1 to 4 have slight variations in the polymerization product coated on the substrate.

以下の表1に示すように、試験膜1〜4は基準膜よりも大きい抵抗率を有するが、試験膜1〜3は基準膜よりも相当低い拡散率を有する。さらに、試験膜1〜4は基準膜よりも小さい厚さを有する。 As shown in Table 1 below, the test films 1 to 4 have a higher resistivity than the reference film, but the test films 1 to 3 have a considerably lower diffusivity than the reference film. Further, the test films 1 to 4 have a thickness smaller than that of the reference film.

したがって、試験膜1〜4は厚さ及び拡散率の点で基準膜よりも優れている。試験膜1〜4はさらに好適な抵抗率をもたらす。 Therefore, the test films 1 to 4 are superior to the reference film in terms of thickness and diffusivity. Test films 1 to 4 provide a more suitable resistivity.

実施例5:抵抗及び定常拡散率に対する架橋剤の効果
実施例2で記載したようにイオン交換膜を準備した。膜の抵抗は、実施例2で記載したように試験して6.44Ω・cmであった。
Example 5: Effect of cross-linking agent on resistance and steady diffusivity An ion exchange membrane was prepared as described in Example 2. The resistance of the film was 6.44 Ω · cm 2 tested as described in Example 2.

重合生成物は、エチレングリコール・ジメタクリレート(EGDM)を添加することによって濃度が変化するよう変更させた。EGDMはアクリレートをベースとする架橋剤である。EGDMの添加は、表2に示すように、膜の抵抗及び拡散率に対する大きな変化を示す。EGDMは拡散率を減少させるが、抵抗を大幅に増加させる。 The polymerization product was changed to change its concentration by adding ethylene glycol dimethacrylate (EGDM). EGDM is an acrylate-based crosslinker. The addition of EGDM shows significant changes in membrane resistance and diffusivity, as shown in Table 2. EGDM reduces diffusivity but significantly increases resistance.

したがって、架橋剤の添加は概して膜の拡散率を減少することができる。しかし、架橋剤は、幾つかの場合において、抵抗率は作動不能な程度に増加させる傾向を示す。 Therefore, the addition of a cross-linking agent can generally reduce the diffusivity of the membrane. However, cross-linking agents tend to increase resistivity to an inoperable degree in some cases.

実施例6:イオン交換膜の生産
実施例2で記載したように重合生成物を準備した。重合生成物は実験室規模の生産ラインに対して添加した。多孔質基板は重合生成物溶液タンクを経て移動させ、また係合するローラ対に挟み込ませた。2層のマイラー(登録商標)シートを使用して飽和させた多孔質フィルムをサンドイッチ状態にした。膜は全長3.6576m(12フィート)の加熱ゾーン内に移動させた。加熱ゾーンは、互いに独立的に制御される加熱ブロックであって、それぞれ0.9144m(3フィート)の長さを有する4個の加熱ブロックを含むものであった。膜生産ラインは、加熱時間変更能力を持たせるため、移動速度制御の下で動作させた。
Example 6: Production of Ion Exchange Membrane A polymerization product was prepared as described in Example 2. The polymerization product was added to the laboratory scale production line. The porous substrate was moved through a polymerization product solution tank and sandwiched between engaging roller pairs. A saturated porous film was sandwiched using a two-layer Mylar® sheet. The membrane was moved into a heating zone with a total length of 3.6576 m (12 ft). The heating zones were heating blocks that were controlled independently of each other and contained four heating blocks, each having a length of 0.9144 m (3 ft). The membrane production line was operated under movement speed control in order to have the ability to change the heating time.

表3は変化する加熱時間に対する膜特性を提示する。4ゾーンすべては120℃に制御された温度を有するものとした。
Table 3 presents the membrane properties for varying heating times. All four zones were assumed to have a controlled temperature of 120 ° C.

したがって、生産ラインによって生産された膜は好適な抵抗率及び高い共イオン輸率を示すことができる。 Therefore, the membrane produced by the production line can exhibit a suitable resistivity and a high coion transport number.

実施例7:イオン交換膜の有用寿命
実施例2で記載したように準備したイオン交換膜は膜を経る経時的な拡Cu2+イオンに対する散率を試験した。試験膜1〜5を基準膜AMX(日本国東京のアストム社によって流通されている)と比較した。図5は、試験膜1〜5及び基準膜の約190時間までにも達する期間にわたる拡散した銅濃度のグラフである。
Example 7: Useful life of the ion exchange membrane The ion exchange membrane prepared as described in Example 2 was tested for the dispersion rate with respect to the expanded Cu 2+ ions over time through the membrane. Test films 1 to 5 were compared with reference film AMX (distributed by Astom in Tokyo, Japan). FIG. 5 is a graph of the diffused copper concentration of the test films 1 to 5 and the reference film over a period of up to about 190 hours.

試験膜の初期出力(電力)は、試験膜におけるより高い抵抗に起因して潜在的に基準膜よりも僅かに低かった(例えば、表2参照)。試験膜は初期的により大きい内部電位低下(ボルト)を示したが、2.5Vの内部電位低下閾値に達する前に約6000サイクル持続した。基準膜は2.5Vの内部電位低下閾値に達する前に約4000サイクル持続した。 The initial output (power) of the test film was potentially slightly lower than the reference film due to the higher resistance in the test film (see, eg, Table 2). The test membrane initially showed a greater internal potential drop (volt), but lasted about 6000 cycles before reaching the 2.5 V internal potential drop threshold. The reference membrane lasted about 4000 cycles before reaching the internal potential drop threshold of 2.5 V.

線形的近似及び動作濃度の約半分である試験濃度(0.4MのCuSO)に対して考慮すると、試験膜の有用寿命は12週間よりも長いことがあり得ると予想できる。試験膜の有用寿命は約13〜14週間であり得る。それ以上実験することにより試験膜の有用寿命は増大すると考えられる。 Considering the linear approximation and the test concentration (0.4M CuSO 4 ), which is about half of the working concentration, it can be expected that the useful life of the test membrane can be longer than 12 weeks. The useful life of the test membrane can be about 13-14 weeks. It is considered that the useful life of the test membrane will be increased by further experiments.

実施例は、フロー電池用途において秀でた特性及び有用性を有するイオン交換膜を生産できることを示す。実施例は、さらに、化学的性質の変更に基づいて膜特性を変化させ得ることが考えられる。 The examples show that an ion exchange membrane can be produced with excellent properties and usefulness in flow battery applications. It is conceivable that the examples can further change the membrane properties based on the changes in the chemical properties.

本明細書で使用した言葉遣い及び用語は説明目的であり、限定するものと解すべきではない。本明細書で使用した用語「複数(plurality)」は2つ又はそれ以上の事項又はコンポーネントを意味する。用語「備えている(comprising)」、「含んでいる(including)」、「担持している(carrying)」、「有している(having)」、「収容している(containing)」、及び「伴っている(involving)」は、記載された明細書又は特許請求の範囲等々のいずれにおいても、限定のないものである、すなわち「〜を含むがそれに制限するものではない(including but not limited to)」を意味する。したがって、これらの用語の使用は、その後に提示される事項、及びその均等物、並びに付加的事項を包含することを意味する。移行句である「からなる(consisting of)」「ほぼからなる(consisting essentially of)」のみが、特許請求の範囲に関してそれぞれ閉鎖型又は半閉鎖型の語句である。請求項要素を修飾する特許請求の範囲での「第1(first)」、「第2(second)」、「第3(third)」等々のような序数的用語は、それ自体或る1つの請求項要素の他の要素に対する優先度、先行性若しくは順序を、又は方法の行為を実施する一時的順序を何ら含意するものではなく、請求項要素を区別するため、所定の名前がある或る1つの請求項要素を同一の名前がある(しかし、序数的用語を用いる)他の要素から区別する標識としてのみ使用される。 The wording and terminology used herein are for explanatory purposes only and should not be construed as limiting. As used herein, the term "plurality" means two or more matters or components. The terms "comprising", "including", "carrying", "having", "containing", and "Involving" is not limited in any of the stated specification, claims, etc., i.e., "including but not limited." to) "means. Therefore, the use of these terms is meant to include the matters presented thereafter, their equivalents, and any additional matters. Only the transitional phrases "consisting of" and "consisting essentially of" are closed or semi-closed terms in terms of claims, respectively. An ordinal term such as "first", "second", "third", etc. in the claims that modifies the claim element is itself one. There is a given name to distinguish the claims element, which does not imply any priority, precedence or order over the other elements of the claim element, or a temporary order in which the act of the method is performed. It is used only as a marker that distinguishes one claim element from another element that has the same name (but uses ordinal terms).

少なくとも1つの実施形態の態様を幾つか説明してきたが、当然のことながら、種々の改変、変更及び改善は当業者には容易に想起されるであろう。任意な実施形態で説明されたいかなる特徴も任意な他の実施形態におけるいかなる特徴に対して含める又は置換することができる。このような改変、変更及び改善は本開示の一部であり、かつ本発明の範囲内であることを意図する。したがって、上述した説明及び図面は単なる例としてのものである。 Although some aspects of at least one embodiment have been described, of course, various modifications, changes and improvements will be readily recalled to those skilled in the art. Any feature described in any embodiment may be included or replaced with any feature in any other embodiment. Such modifications, changes and improvements are intended to be part of this disclosure and within the scope of the present invention. Therefore, the above description and drawings are merely examples.

当業者には、本明細書記載のパラメータ及び構成は例示的なものであり、また実際のパラメータ及び/又は構成は開示された方法及び材料が使用される特定用途に基づくものであることを理解できるであろう。当業者であれば、さらに、単なる通常実験を用いて開示された特定実施形態に等価のものを認識又は確認できるであろう。
Those skilled in the art will appreciate that the parameters and configurations described herein are exemplary and that the actual parameters and / or configurations are based on the particular application in which the disclosed methods and materials are used. You can do it. Those skilled in the art will also be able to recognize or confirm the equivalent of the particular embodiments disclosed using mere conventional experiments.

Claims (26)

少なくとも1つの再充電可能セルを備えるフロー電池であり、前記再充電可能セルは、
第1陽イオン種を有する第1電解液を保持するよう構成されたアノード液隔室と、
第2陽イオン種を有する第2電解液を保持するよう構成されたカソード液隔室と、並びに
前記アノード液隔室と前記カソード液隔室との間に位置決めされ、前記第1電解液と前記第2電解液との間でイオン伝導性を示すよう構成された陰イオン交換膜であって、100μm未満の厚さ、及び前記第1陽イオン種及び前記第2陽イオン種のうち少なくとも一方に対して0.4ppm/時/cm未満の定常拡散率を有する、該陰イオン交換膜と
を含む、フロー電池。
A flow battery comprising at least one rechargeable cell, wherein the rechargeable cell is:
An anodic solution compartment configured to hold a first electrolyte with a first cation species, and
A cathode liquid compartment configured to hold a second electrolyte having a second cation species, and the first electrolyte and said, positioned between the anode fluid compartment and the cathode fluid compartment. An anion exchange film configured to exhibit ionic conductivity with a second electrolytic solution, having a thickness of less than 100 μm, and at least one of the first cation species and the second cation species. A flow battery comprising the anion exchange membrane having a steady diffusion rate of less than 0.4 ppm / hour / cm 2.
請求項1記載のフロー電池において、前記第1陽イオン種及び前記第2陽イオン種のうち少なくとも一方は、金属イオンである、フロー電池。 The flow battery according to claim 1, wherein at least one of the first cation species and the second cation species is a metal ion. 請求項2記載のフロー電池において、前記第1陽イオン種及び前記第2陽イオン種のうち少なくとも一方は、亜鉛、銅、セリウム、及びバナジウムから選択される、フロー電池。 The flow battery according to claim 2, wherein at least one of the first cation species and the second cation species is selected from zinc, copper, cerium, and vanadium. 請求項3記載のフロー電池において、前記陰イオン交換膜は、内部電位低下が少なくとも約2.5Vであるときに決定される、少なくとも約12週間の有用寿命を有する、フロー電池。 In the flow battery according to claim 3, the anion exchange membrane has a useful life of at least about 12 weeks, which is determined when the internal potential drop is at least about 2.5 V. 請求項1記載のフロー電池において、前記陰イオン交換膜は、少なくとも約55μm未満の厚さを有する、フロー電池。 The flow battery according to claim 1, wherein the anion exchange membrane has a thickness of at least about 55 μm. 請求項5記載のフロー電池において、前記陰イオン交換膜は、少なくとも約15μm〜約35μmの間における厚さを有する、フロー電池。 The flow battery according to claim 5, wherein the anion exchange membrane has a thickness of at least between about 15 μm and about 35 μm. 請求項6記載のフロー電池において、前記陰イオン交換膜は、約25μmの厚さを有する、フロー電池。 The flow battery according to claim 6, wherein the anion exchange membrane has a thickness of about 25 μm. 請求項7記載のフロー電池において、前記陰イオン交換膜は、前記第1陽イオン種及び前記第2陽イオン種のうち少なくとも一方に対して0.12ppm/時/cm未満の定常拡散率を有する、フロー電池。 In the flow battery according to claim 7, the anion exchange membrane has a steady diffusion rate of less than 0.12 ppm / hour / cm 2 with respect to at least one of the first cation species and the second cation species. Have a flow battery. 請求項1記載のフロー電池において、前記陰イオン交換膜は、25℃における0.5MのNaCl溶液に平衡状態を生じた後に直流電流で測定したとき、約3.0Ω・cm〜約10.0Ω・cmの間における抵抗を有する、フロー電池。 In the flow battery according to claim 1, the anion exchange membrane is measured with a direct current after an equilibrium state is formed in a 0.5 M NaCl solution at 25 ° C., and the anion exchange membrane is about 3.0 Ω · cm 2 to about 10. A flow battery having a resistance between 0 Ω and cm 2. 請求項9記載のフロー電池において、前記陰イオン交換膜は、25℃における0.5MのNaCl溶液に平衡状態を生じた後に直流電流で測定したとき、約5.0Ω・cm〜約8.0Ω・cmの間における抵抗を有する、フロー電池。 In the flow battery according to claim 9, the anion exchange membrane has a DC current of about 5.0 Ω · cm 2 to about 8. when measured by a direct current after an equilibrium state is formed in a 0.5 M NaCl solution at 25 ° C. A flow battery having a resistance between 0 Ω and cm 2. 請求項10記載のフロー電池において、前記陰イオン交換膜は、少なくとも1つの非レドックス種に対して少なくとも約0.95の共イオン輸率を有する、フロー電池。 The flow battery according to claim 10, wherein the anion exchange membrane has a coion transport number of at least about 0.95 for at least one non-redox species. 請求項1記載のフロー電池において、高電圧直流電流(HVDC)送電ラインと共存可能であり、また約1000V〜約800KVの間における電圧を供給できるよう構成された、フロー電池。 The flow battery according to claim 1, wherein the flow battery is configured to be coexistent with a high voltage direct current (HVDC) transmission line and to supply a voltage between about 1000 V and about 800 KV. 請求項1記載のフロー電池において、自動車と共存可能であり、また約100V〜約500Vの間における電圧を供給できるよう構成された、フロー電池。 The flow battery according to claim 1, which is configured to be coexistent with an automobile and to supply a voltage between about 100 V and about 500 V. フロー電池の使用を容易にする方法において、
100μm未満の厚さ、及び第1金属陽イオン種及び第2金属陽イオン種のうち少なくとも一方に対して0.4ppm/時/cm未満の定常拡散率を有する少なくとも1つの陰イオン交換膜を準備するステップと、並びに
各陰イオン交換膜を前記フロー電池の再充電可能セル内でアノード液隔室とカソード液隔室との間に設置するよう指示出しをするステップと
を備える、方法。
In a way to facilitate the use of flow batteries
At least one anion exchange membrane having a thickness of less than 100 μm and a constant diffusivity of less than 0.4 ppm / hour / cm 2 for at least one of the first metal cation species and the second metal cation species. A method comprising a step of preparation and a step of instructing each anion exchange membrane to be placed between the anode fluid compartment and the cathode fluid compartment in the rechargeable cell of the flow battery.
請求項14記載の方法において、前記陰イオン交換膜を準備するステップは、約15μm〜約35μmの間における厚さを有する陰イオン交換膜を準備するステップを含む、方法。 In the method of claim 14, the step of preparing the anion exchange membrane comprises the step of preparing an anion exchange membrane having a thickness between about 15 μm and about 35 μm. 請求項15記載の方法において、前記陰イオン交換膜を準備するステップは、前記第1金属陽イオン種及び前記第2金属陽イオン種のうち少なくとも一方に対して0.12ppm/時/cm未満の定常拡散率を有し、前記第1金属陽イオン種及び前記第2金属陽イオン種は、互いに独立的に、亜鉛、銅、セリウム、及びバナジウムから選択されるものである陰イオン交換膜を準備するステップを含む、方法。 In the method of claim 15, the step of preparing the anion exchange membrane is less than 0.12 ppm / hour / cm 2 for at least one of the first metal cation species and the second metal cation species. The first metal cation species and the second metal cation species have an anion exchange membrane that is independently selected from zinc, copper, cerium, and vanadium. A method that includes steps to prepare. 請求項16記載の方法において、さらに、前記フロー電池を充電し、かつ前記フロー電池を連続的に動作させるよう指示出しをするステップを備える、方法。 The method according to claim 16, further comprising a step of charging the flow battery and instructing the flow battery to operate continuously. 電荷の貯蔵を容易にする方法において、
複数の再充電可能セルを有するフロー電池を準備するステップを備え、各再充電可能セルは、
第1陽イオン種を有する第1電解液を保持するよう構成されたアノード液隔室、
第2陽イオン種を有する第2電解液を保持するよう構成されたカソード液隔室、並びに
前記アノード液隔室と前記カソード液隔室との間に位置決めされ、前記第1電解液と前記第2電解液との間でイオン伝導性を示すよう構成された陰イオン交換膜であって、100μm未満の厚さ、及び前記第1陽イオン種及び前記第2陽イオン種のうち少なくとも一方に対して0.4ppm/時/cm未満の定常拡散率を有する、該陰イオン交換膜
を含むものである、該フロー電池を準備するステップと、並びに
前記フロー電池を充電するよう指示出しをするステップと
を備える、方法。
In a way that facilitates the storage of electric charge
Each rechargeable cell comprises a step of preparing a flow battery with multiple rechargeable cells.
Anode fluid compartment configured to hold the first electrolyte with the first cation species,
A cathode liquid compartment configured to hold a second electrolytic solution having a second cation species, and the first electrolytic solution and the first electrolytic solution positioned between the anode liquid compartment and the cathode liquid compartment. 2 An anion exchange film configured to exhibit ionic conductivity with an electrolytic solution, having a thickness of less than 100 μm, and with respect to at least one of the first cation species and the second cation species. The step of preparing the flow battery and the step of instructing the flow battery to be charged, which comprises the anion exchange membrane having a constant diffusion rate of less than 0.4 ppm / hour / cm 2. How to prepare.
請求項18記載の方法において、さらに、前記フロー電池を可変エネルギー源に電気的に接続することによって前記フロー電池を充電するよう指示出しをするステップを備える、方法。 The method of claim 18, further comprising a step of instructing the flow battery to be charged by electrically connecting the flow battery to a variable energy source. 請求項18記載の方法において、さらに、前記フロー電池を高電圧電流(HVDC)送電ラインに電気的に接続するよう指示出しをするステップを備える、方法。 The method of claim 18, further comprising a step of instructing the flow battery to be electrically connected to a high voltage current (HVDC) transmission line. 請求項20記載の方法において、さらに、前記フロー電池の放電後に、前記第1電解液及び前記第2電解液のうち少なくとも一方を交換するよう指示出しをするステップを備える、方法。 The method according to claim 20, further comprising a step of instructing to replace at least one of the first electrolytic solution and the second electrolytic solution after the flow battery is discharged. 陰イオン交換膜を生産する方法において、
架橋基を有する陽イオン官能性モノマーを、架橋剤がほぼない重合生成物に一体化するステップと、及び
約100μm未満の厚さを有する微細孔質基板を前記重合生成物でコーティングするステップと
を備える、方法。
In the method of producing an anion exchange membrane
A step of integrating a cationic functional monomer having a cross-linking group into a polymerization product having almost no cross-linking agent, and a step of coating a microporous substrate having a thickness of less than about 100 μm with the polymerization product. How to prepare.
請求項22記載の方法において、前記微細孔質基板は、約25μmの厚さを有する、方法。 The method according to claim 22, wherein the microporous substrate has a thickness of about 25 μm. 請求項25記載の方法において、前記微細孔質基板は、ポリプロピレン、高分子量ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、塩化ポリビニル、フッ化ポリビニリデン、ポリスルホン、及びそれらの組合せのうち少なくとも1つを有する、方法。 The method of claim 25, wherein the microporous substrate comprises at least one of polypropylene, high molecular weight polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polysulfone, and combinations thereof. 請求項24記載の方法において、前記微細孔質基板は、約25%〜45%の間における空隙率、及び約50nm〜約10μmの間における平均細孔径を有する、方法。 The method of claim 24, wherein the microporous substrate has a porosity between about 25% and 45% and an average pore diameter between about 50 nm and about 10 μm. 請求項25記載の方法において、前記微細孔質基板は、約35%の空隙率及び約200nmの平均細孔径を有する超高分子量ポリエチレンからなる、方法。 The method according to claim 25, wherein the microporous substrate is made of ultra-high molecular weight polyethylene having a porosity of about 35% and an average pore diameter of about 200 nm.
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